酿酒酵母生物合成中长链二元酸的动态调控及其作用机制

Medium chain α,ω-dicarboxylic acids are used in the production of a variety of chemical products, such as nylons and other polyamides.As chemical synthesis of dicarboxylic acid is not friendly to the environment, biosynthesis of which is needed to be researched on. Saccharomyces cerevisiae was engineered to produce decanedioic acid and dodecanedioic acid in the previous work, in which the accumulation of medium chain dicarboxylic acid was improved by deletion of some genes in the consumption pathway of fatty acids. While some long chain fatty acids accumulated and brought long chain dicarboxylic acids. To solve the problem of low efficiency synthesis of the precursor of fatty acids and accumulation of long chain dicarboxylic acids that we do not want, we will apply transcriptome sequencing to identify promoters respond to decanoic acid and dodecanoic acid, and then analyse these promoters to be sensors to control the accumulation and chian length of the fatty acids.By the dynamic sensor regulator system, the final titers of medium chain dicarboxylic acids will be improved. To illustrate the mechanism, we will analyse the gene expression diference, accumulation of fatty acids,production of dicarboxylic acids and by products to clarify the mechanism of the dynamic sensor regulator system. The research will provide reference for medium chain fatty acid derived chemicals biosynthesis in Saccharomyces cerevisiae.

中长链二元酸是合成聚酰胺类塑料等的原材料，其生物合成具有重要研究价值。前期构建的酿酒酵母工程菌株，发酵可产生中长链二元酸；通过阻断其前体物质（脂肪酸）的部分分支代谢途径，中长链二元酸含量提高有限，且导致长链脂肪酸积累，进而产生长链二元酸。本项目在前期工作的基础上，针对工程菌株存在的中长链脂肪酸合成效率偏低、长链脂肪酸积累影响目标产物的产量及链长，利用转录组学分析并鉴定酿酒酵母响应中长链脂肪酸的启动子序列，将其作为动态感应调控元件深入研究；通过操控该调控元件，提高中长链脂肪酸含量，减少长链脂肪酸积累并最终建立促进中长链二元酸生物合成的动态感应调控系统；通过分析胞内基因表达差异、脂肪酸、二元酸及其它副产物等，阐明动态感应调控系统的作用机制。此研究为酿酒酵母生物合成中长链二元酸提供理论和技术支持，对其他以中长链脂肪酸为前体的化合物的生物合成具有重要参考价值。

中长链二元酸为重要的化工类产品，其为重要的化工原材料，应用于工业、食品及医药行业中，其合成目前大部分依赖于化学合成，而生物合成中长链二元酸对环境较为友好。因此，本项目在前期已经获得产二元酸工程酿酒酵母菌株的基础之上，预期对酿酒酵母本身脂肪酸的生物合成途径进行优化从而实现其中长链二元酸生物合成能力的明显提高。项目计划通过动态调控酿酒酵母脂肪酸生物合成途径的方式来实现中长链脂肪酸的大量合成。进而，同样通过动态调控的方式调控下游二元酸的生物合成途径，最终实现整个二元酸生物合成途径的动态调控，实现中长链二元酸产量明显增加的同时减少副产物的积累。因此，项目通过转录组测序的方法筛选响应中长链脂肪酸的动态调控元件，筛选得到响应中长链脂肪酸的启动子元件共7条，其中响应中长链脂肪酸而促进基因表达启动子4条，响应中长链脂肪酸从而抑制基因表达启动子3条。将这些启动子以及已报道的响应短链脂肪酸的启动子PDR12用于中长链二元酸的动态调控并进行发酵验证等实验，初步实验证明这种动态调控方式具有一定效果。此外，项目在原有工程菌株的基础之上对脂肪酸的合成途径进行部分优化发现，中长链二元酸的产量明显提高，而长链二元酸同时明显积累，总二元酸产量为11mg/L，进一步证实提高酿酒酵母中自身中长链脂肪酸的必要性。项目研究成果有助于研究动态调控酿酒酵母脂肪酸合成途径对于酿酒酵母中脂肪酸类衍生化合物生物合成的促进作用。