Overproduction of geranylgeraniol in Coprinopsis cinerea by the expression of geranylgeranyl diphosphate synthase gene
- 作者
- Lin-Feng You, Li-Qiong Guo, Jun-Fang Lin, Tao Ren, Jian-Rong Wang
- 单位
- Department of Bioengineering, College of Food Science, South China Agricultural University, Guangzhou, China; Department of Microbiology and Immunology, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts, USA
- 杂志
- Journal of Basic Microbiology（2015）
- DOI
- 10.1002/jobm.201400152
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
在高等真菌灰盖鬼伞（Coprinopsis cinerea）中提高香叶基香叶醇（GGOH）的产量，通过异源表达来自Taxus x media的香叶基香叶基二磷酸合酶（ggpps）基因，将代谢流从角鲨烯合成途径部分转向GGOH合成。
研究策略
构建携带ggpps基因的表达载体（pGles-GGPPS），利用来自Lentinus edodes的gpd启动子和来自Phanerochaete chrysosporium的Pcterm终止子，转化C. cinerea菌株LT2，通过PCR、RT-PCR和SDS-PAGE验证表达，并用GC-FID和RP-HPLC分别检测GGOH、角鲨烯和麦角固醇的含量。
核心内容
该研究在高等真菌灰盖鬼伞中实现了香叶基香叶醇（GGOH）的异源生产。研究者构建了携带来自红豆杉的香叶基香叶基二磷酸合酶基因（ggpps）的表达载体，利用香菇gpd启动子和 chrysosporium 终止子驱动表达，并转化灰盖鬼伞菌株LT2。通过PCR、RT-PCR和SDS-PAGE确认了基因的稳定整合与表达。GC-FID和RP-HPLC检测显示，野生型LT2中未检出GGOH，而三个转化株Clg3、Clg4和Clg5的GGOH含量分别达到2.19、1.76和1.55 μg/g（干重）。与此同时，角鲨烯含量从野生型的93.72 μg/g降至48.53~59.31 μg/g，麦角固醇含量从7.24 μg/g降至4.06~4.82 μg/g。相关性分析表明GGOH与角鲨烯（r=-0.731）及麦角固醇（r=-0.785）均呈显著负相关。该结果证明异源表达ggpps可有效将法尼基焦磷酸（FPP）代谢流部分转向GGOH合成，同时抑制竞争性的甾醇通路，为利用高等真菌作为萜类化合物生产平台提供了可行策略。
创新点
['首次在高等真菌灰盖鬼伞中通过表达外源ggpps基因实现GGOH的异源生产', '证明异源表达ggpps可部分重定向FPP代谢流，减少角鲨烯和麦角固醇积累', '利用模型蘑菇C. cinerea作为底盘，展示了其作为萜类化合物生产平台的潜力']
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Coprinopsis cinerea strain LT2 | 萜类生物合成途径（甲羟戊酸途径→FPP→GGPP→GGOH；竞争通量为角鲨烯/麦角固醇合成） | ggpps | geranylgeranyl diphosphate synthase (GGPPS) | 催化 | 基因来自Taxus x media（GenBank JQ029687），异源表达促进GGOH积累并降低角鲨烯和麦角固醇含量 |
关键发现
- 野生型LT2中未检测到GGOH
- 三个转化株Clg3、Clg4和Clg5的GGOH含量分别为2.19±0.09 μg/g、1.76±0.18 μg/g和1.55±0.09 μg/g。角鲨烯含量在LT2中为93.72±10.66 μg/g，在Clg3、Clg4和Clg5中分别为59.31±4.89 μg/g、50.27±6.10 μg/g和48.53±8.72 μg/g
- 麦角固醇含量在LT2中为7.24±0.97 μg/g，在三个转化株中分别为4.82±0.88 μg/g、4.16±0.39 μg/g和4.06±0.38 μg/g。相关性分析显示GGOH与角鲨烯呈显著负相关（r=-0.731, p=0.007），与麦角固醇也呈显著负相关（r=-0.785, p=0.003），而角鲨烯与麦角固醇呈显著正相关（r=0.754, p=0.005）。
研究结论
在C. cinerea中异源表达T. x media的ggpps基因是生产GGOH的有效方法，通过部分重定向FPP代谢流，导致角鲨烯和麦角固醇含量下降，为高等真菌中异源生产萜类化合物提供了可行策略。