高级醇 · 代谢工程文献库

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Disruption of the Cytochrome c Gene in Xylose-utilizing Yeast Pichia stipitis Leads to Higher Ethanol Production

作者
NIAN-QING SHI, BRIAN DAVIS, FRED SHERMAN, JOSE CRUZ, THOMAS W. JEFFRIES
单位
Department of Bacteriology, University of Wisconsin, 1550 Linden Drive, Madison, WI 53706, U.S.A.; Department of Biochemistry and Biophysics, University of Rochester Medical School, Rochester, NY 14642, U.S.A.; USDA Forest Service, Forest Products Laboratory, One Gifford Pinchot Drive, Madison, WI 53705, U.S.A.; Proteome Inc, 200 Cummings Center, Suite 425C, Beverly, MA 01915, U.S.A.; Department of Chemical Engineering, University of Vigo, As Lagosas, 32004 Ourense, Spain
杂志
Yeast（1999）
DOI
10.1002/(SICI)1097-0061(199908)15:11<1021::AID-YEA429>3.0.CO;2-V
所属领域
代谢工程
关键词
Pichia stipitisSHAM-sensitive respirationcytochrome c genegene disruptionxylose conversion
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解决的核心问题

研究木糖利用酵母 Pichia stipitis 中 SHAM 敏感替代呼吸途径的生理作用，通过阻断细胞色素呼吸链考察其对细胞生长和木糖转化乙醇的影响

研究策略

从野生型 P. stipitis CBS 6054 中克隆细胞色素 c 基因 PsCYC1，构建含 PsURA3 标记的基因破坏盒，通过同源重组敲除 PsCYC1 获得纯合突变体 FPL-Shi21，进而分析突变体的细胞色素光谱、呼吸抑制剂敏感性、生长特性和木糖发酵性能

研究路线图

研究问题：SHAM敏感替代呼吸途径在P. stipitis木糖发酵中的生理作用
策略：克隆PsCYC1基因并构建基因破坏盒
策略：同源重组敲除PsCYC1获得纯合突变体FPL-Shi21
关键改造：敲除PsCYC1后细胞色素c与aa3消失，阻断细胞色素呼吸链
结果：突变体仅依赖SHAM敏感替代呼吸途径，抗霉素A不敏感
结果：木糖发酵乙醇产率0.46 g/g，比亲本高21%，生物量降低50%
结论：替代呼吸途径在氧限制下支撑木糖转化并提高乙醇产量
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创新点

首次在 P. stipitis 中敲除细胞色素 c 基因，获得仅依赖 SHAM 敏感替代呼吸途径的呼吸突变体；证明该替代途径在氧限制条件下能支持木糖转化并提高乙醇产量

研究对象（2）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Pichia stipitis CBS 6054 / FPL-UC7 线粒体细胞色素呼吸途径 PsCYC1 Cytochrome c 能量供给 野生型细胞色素 c 基因，被敲除后获得 cyc1-Δ 突变体 FPL-Shi21
Pichia stipitis FPL-Shi21 SHAM敏感替代呼吸途径 — Alternative oxidase (AOX) 能量供给 在 cyc1-Δ 突变体中为唯一功能性呼吸途径，对SHAM敏感，抗霉素A不敏感

关键发现

  1. PsCYC1 开放阅读框长333 bp，与 ScCYC1 和 ScCYC7 在DNA水平分别有74%和69%同源性
  2. cyc1-Δ 突变体细胞色素 c 和 aa3 完全消失，无法通过细胞色素 c 氧化酶进行电子传递
  3. 突变体在以葡萄糖或木糖为碳源时的生长速率比亲本降低50%，且不能在甘油上生长
  4. 在8%木糖发酵中，突变体 FPL-Shi21 的乙醇产率为0.46 g/g，比亲本 FPL-UC7 (0.38 g/g) 高21%，比野生型 CBS 6054 (0.34 g/g) 高35%
  5. 生物量产率(0.09 g/g)比亲本(0.16-0.17 g/g)低约50%
  6. 比乙醇生产速率(0.06 g/g/h)高于亲本(0.03-0.04 g/g/h)，比木糖摄取速率(0.13 g/g/h)也高于亲本(0.09-0.11 g/g/h)
  7. SHAM单独存在即可完全抑制突变体生长，而突变体对抗霉素A不敏感，证明替代途径是唯一呼吸途径

研究结论

敲除 PsCYC1 阻断细胞色素呼吸链后，P. stipitis 完全依赖 SHAM 敏感替代呼吸途径产生能量；该途径虽导致生长速率下降，但能更高效地将木糖转化为乙醇，说明替代呼吸途径在氧限制条件下对木糖发酵起重要作用

源文件 10.1002%(SICI)1097-0061(199908)15:11<1021::AID-YEA429>3.0.CO;2-V.md · 41188 字符 · 抽取模型 deepseek-v4-flash · 18728 token