SR5AL serves as a key regulatory gene in lycopene biosynthesis by Blakeslea trispora
- 作者
- Qiang Wang, Yulong Chen, Qingxiang Yang, Jihong Zhao, Lingran Feng, Min Wang
- 单位
- College of Life Sciences, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China; Henan International Joint Laboratory of Agricultural Microbial Ecology and Technology (Henan Provincial Department of Science and Technology), Henan Normal University, Xinxiang 453007, China
- 杂志
- Microbial Cell Factories（2022）
- DOI
- 10.1186/s12934-022-01853-x
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
三孢酸调控布莱克须霉中番茄红素生物合成的机制尚不明确，尤其是三孢酸如何作用于性决定基因（如sexM）和类胡萝卜素合成基因的分子机制未被阐明。
研究策略
以布莱克须霉(-)菌株为对象，通过转录组测序（RNA-seq）鉴定三孢酸响应基因；对候选基因SR5AL进行克隆和序列分析；利用5α-还原酶抑制剂（度他雄胺）和SR5AL过表达菌株，验证SR5AL对类胡萝卜素合成基因及sexM基因表达和番茄红素积累的影响。
核心内容
该研究以布莱克须霉(−)菌株为对象，探究三孢酸调控番茄红素生物合成的分子机制。通过转录组测序鉴定三孢酸响应基因，发现1026个差异表达基因，其中类固醇5α-还原酶样基因SR5AL上调8.79倍，性决定基因sexM上调7.14倍。克隆并过表达SR5AL后，在添加三孢酸条件下，类胡萝卜素合成基因carRA和carB表达分别提高3.95倍和2.27倍，SR5AL自身表达提高7.86倍，且在不加三孢酸时也能上调这些基因并加深菌丝颜色。添加24 μg/L三孢酸时，(−)菌株单发酵番茄红素产量达15.12 mg/g干重，高于混合发酵的13.95 mg/g。用5α-还原酶抑制剂度他雄胺处理则显著抑制carRA、carB、hmgR及SR5AL、sexM的表达并阻断番茄红素合成，但不影响菌体生长。结果表明SR5AL是三孢酸调控番茄红素合成的关键响应基因，可能通过间接上调类胡萝卜素合成基因和性决定基因发挥作用，为理解三孢酸信号通路及优化单菌发酵产番茄红素提供了新靶点。
创新点
首次报道布莱克须霉中类固醇5α-还原酶样基因SR5AL，并证明它是三孢酸调控番茄红素生物合成的关键响应基因；发现三孢酸可能通过SR5AL间接上调类胡萝卜素合成基因和sexM基因。
研究对象（6）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Blakeslea trispora (-) 菌株 | 类固醇代谢/番茄红素生物合成调控 | SR5AL | 类固醇5α-还原酶样蛋白 | 催化 | 首次报道的关键调控基因，响应三孢酸上调8.79倍；过表达可替代部分三孢酸功能 |
| Blakeslea trispora (-) 菌株 | 类胡萝卜素生物合成 | carRA | CarRA（八氢番茄红素合成酶/番茄红素环化酶双功能酶） | 催化 | 受三孢酸和SR5AL过表达上调，在btpHY中添加三孢酸时表达提高3.95倍 |
| Blakeslea trispora (-) 菌株 | 类胡萝卜素生物合成 | carB | CarB（八氢番茄红素脱氢酶） | 催化 | 受三孢酸和SR5AL过表达上调，在btpHY中添加三孢酸时表达提高2.27倍 |
| Blakeslea trispora (-) 菌株 | 甲羟戊酸途径 | hmgR | HMG-CoA还原酶 | 催化 | 三孢酸和SR5AL过表达对其表达无显著影响 |
| Blakeslea trispora (-) 菌株 | 有性生殖/性别决定 | sexM | SexM蛋白（含HMG结构域的转录因子） | 调控 | 受三孢酸诱导上调7.14倍；SR5AL过表达可促使其上调，度他雄胺抑制其表达 |
| Blakeslea trispora (-) 菌株 | 三孢酸生物合成 | tsp3 | β-胡萝卜素加氧酶（类胡萝卜素裂解双加氧酶） | 催化 | 响应三孢酸上调8.71倍，参与三孢酸合成 |
关键发现
- 添加24μg/L三孢酸时，(-)菌株单发酵番茄红素产量最高达15.12 mg/g干重，高于混合发酵的13.95 mg/g
- 转录组分析获得1026个差异表达基因（487个上调、539个下调），其中SR5AL（Unigene4532_All）表达上调8.79倍，sexM上调7.14倍，tsp3上调8.71倍
- 度他雄胺（20 ng/mL）使类胡萝卜素合成基因（hmgR、carRA、carB）及SR5AL、sexM的表达显著下降，并抑制番茄红素合成，但对菌体生长无影响
- 过表达SR5AL的转化株btpHY在添加三孢酸时，carRA、carB、SR5AL的表达分别提高3.95、2.27、7.86倍，且在不添加三孢酸时也能上调这些基因，菌丝颜色加深。
研究结论
SR5AL基因是布莱克须霉(-)菌株响应三孢酸并调控番茄红素生物合成的关键基因，三孢酸可能通过SR5AL间接影响类胡萝卜素合成基因及性决定基因的表达。