Factors stimulating riboflavin produced by Lactobacillus plantarum CRL 725 grown in a semi-defined medium
- 作者
- Marianela Juarez del Valle, Jonathan Emiliano Laiño, Graciela Savoy de Giori, Jean Guy LeBlanc
- 单位
- Centro de Referencia para Lactobacilos (CERELA-CONICET), Tucumán, Argentina; Catedra de Microbiología Superior, Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia, Universidad Nacional de Tucumán, Tucumán, Argentina
- 杂志
- Journal of Basic Microbiology（2016）
- DOI
- 10.1002/jobm.201600573
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
确定影响植物乳杆菌CRL 725在半合成培养基中核黄素产量的关键因素，并评价核黄素生物合成基因（rib）的表达水平。
研究策略
通过单因素实验考察碳源（葡萄糖/蔗糖）、培养温度（30°C/37°C）、乙酸钠、酪蛋白氨基酸、天冬酰胺、鸟苷等对菌株生长和核黄素产量的影响，利用RT-qPCR分析ribA、ribB、ribC、ribH、ribG基因表达变化，并在玫瑰黄素抗性突变株中验证优化条件。
研究路线图
核心内容
本研究以植物乳杆菌CRL 725为对象，在半合成培养基中系统评估碳源、温度、氨基酸及鸟苷等因素对核黄素产量的影响，并通过RT-qPCR分析核黄素合成相关基因的表达。结果显示，以蔗糖替代葡萄糖为碳源并在30°C培养时，野生型菌株核黄素产量由葡萄糖条件下的896 ng/mL提升至1569 ng/mL；添加10 g/L酪蛋白氨基酸使产量提高约4倍，添加0.04 g/L鸟苷再增加1.6倍。优化后的SSDM培养基中，玫瑰黄素抗性突变株CRL 2130的核黄素产量达5724 ng/mL，较参考条件下野生型高3.5倍、较刺激条件下野生型高2.4倍、较葡萄糖唯一碳源时高约6倍。基因表达分析表明ribA、ribB、ribC上调超过2倍，而ribG和ribH无明显变化。上述结果表明，蔗糖碳源与特定营养添加物协同上调核黄素生物合成关键基因，玫瑰黄素抗性突变可进一步放大该效应，为乳酸菌定向高产核黄素提供了可行策略。
创新点
首次在半合成培养基中系统评估多种培养条件对乳酸菌核黄素产量及其生物合成基因表达的影响；优化出的SSDM培养基使核黄素产量较原始条件显著提高。
研究对象（6）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Lactobacillus plantarum CRL 725 | 核黄素生物合成途径 | ribA | GTP环化水解酶II和3,4-二羟基-2-丁酮-4-磷酸合酶 | 催化 | 核黄素生物合成关键酶，表达上调超过2倍 |
| Lactobacillus plantarum CRL 725 | 核黄素生物合成途径 | ribB | 核黄素合酶 | 催化 | 核黄素生物合成关键酶，表达上调超过2倍 |
| Lactobacillus plantarum CRL 725 | 核黄素生物合成途径 | ribC | 黄素激酶/黄素腺嘌呤二核苷酸合成酶 | 催化 | 参与核黄素转化为FMN/FAD，表达上调超过2倍 |
| Lactobacillus plantarum CRL 725 | 核黄素生物合成途径 | ribH | 发光合酶（lumazine synthase） | 催化 | 表达水平不受培养基组分影响 |
| Lactobacillus plantarum CRL 725 | 核黄素生物合成途径 | ribG | 嘧啶脱氨酶/嘧啶还原酶 | 催化 | 表达水平不受培养基组分影响 |
| Lactobacillus plantarum CRL 2130 | 核黄素生物合成途径 | — | — | 调控 | 玫瑰黄素抗性突变株，在SSDM中30°C培养24h产量达5724 ng/mL |
关键发现
- 以蔗糖为碳源、30°C培养时，野生型L. plantarum CRL 725核黄素产量达1569 ng/mL，而葡萄糖为碳源时仅896 ng/mL
- 添加酪蛋白氨基酸（10 g/L）使产量提高约4倍
- 添加鸟苷（0.04 g/L）使产量增加1.6倍
- 在优化条件（SSDM，30°C）下，玫瑰黄素抗性突变株CRL 2130核黄素产量达5724 ng/mL，比参考条件下野生型高3.5倍，比刺激条件下野生型高2.4倍，比葡萄糖为唯一碳源时高约6倍
- ribA、ribB、ribC基因表达上调超过2倍，而ribG和ribH表达未见明显变化。
研究结论
半合成培养基中采用蔗糖（20 g/L）为碳源、添加酪蛋白氨基酸（10 g/L）和鸟苷（0.04 g/L）、30°C培养可显著提高L. plantarum的核黄素产量，该效果与ribA、ribB、ribC基因的上调表达相关，且玫瑰黄素抗性突变株可进一步放大此效应。