酿酒酵母丙二酰辅酶A动态感应元件的构建及其调控的基因组体内连续进化系统的设计

基本信息
批准号:31770101
项目类别:面上项目
资助金额:65.00
负责人:侯进
学科分类:
依托单位:山东大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈晓旭,李琛,王佳静,热西达·热合曼
关键词:
丙二酰辅酶A动态感应元件基因组体内连续进化细胞工厂元件合成酿酒酵母
结项摘要

Malonyl-CoA is a key precursor for a variety of pharmaceuticals, chemicals, biofuels and other products. It is involved in the biosynthesis of many important compounds such as fatty acid derived products, flavonoids, polyketides, 3-hydroxypropionic acid, etc. However, the concentration of malonyl-CoA is very low in cytosol due to its tight regulation, thus it largely limited the synthesis of its derived products. Although many rational metabolic engineering strategies have been performed, the low malonyl-CoA pool is still a bottleneck to produce its derived chemicals. In this project, we aim to obtain platform strains for the high level accumulation of malonyl-CoA by irrational in vivo continuous mutagenesis and growth-based screening. Basis on this, we will identify the key mechanism affecting malonyl-CoA flux. Specifically, we express the proofreading-deficient DNA polymerase to develop an in vivo continuous evolution system, then construct the malonyl-CoA biosensor, and use the biosensor to couple the concentration of malonyl-CoA to the cell growth rate in order to establish the growth based selection system. The efficient malonyl-CoA synthesis strains are then enriched and selected using the in vivo continuous evolution and growth based high-throughput screening. The key mutations that affect the malonyl-CoA accumulation are then identified through inverse metabolic engineering. The project has great significance for the breakthrough a common metabolic engineering problem---low malonyl-CoA synthesis flux and improve the synthesis of a variety of malonyl-CoA derived products.

丙二酰辅酶A作为多种医药、化工、生物能源等产品的关键前体,参与重要化合物如脂肪酸衍生物、黄酮类、聚酮类、3-羟基丙酸等的合成,但其需求量高与代谢受到严格调控、合成通量低矛盾突出,而现有的理性代谢工程改造对该矛盾的解决有限,迫切需要非理性的策略提高其合成通量。本项目拟利用丙二酰辅酶A动态感应元件建立非理性筛选平台,通过体内连续突变进化和基于生长的筛选,获得高丙二酰辅酶A积累菌株,并在此基础上挖掘影响其通量的关键机理。具体来讲,通过表达校正活性缺陷的DNA聚合酶,进行体内连续突变进化;并构建丙二酰辅酶A动态感应元件,利用该元件偶联丙二酰辅酶A浓度与生长速率,建立基于生长的筛选系统,进行丙二酰辅酶A高积累菌株的连续进化和富集筛选;高产菌株再通过反向代谢工程揭示影响其积累的关键机理。该项目的完成对于突破代谢工程改造中丙二酰辅酶A合成通量低这一共性难题,提高多种衍生产物的合成都具有重要意义。

项目摘要

丙二酰辅酶A作为多种医药、化工、生物能源等产品的关键前体,参与重要化合物如脂肪酸衍生物、黄酮类、聚酮类、3-羟基丙酸等的合成,但其需求量高与代谢受到严格调控、合成通量低矛盾突出,而现有的理性代谢工程改造对该矛盾的解决依然有限。本项目通过建立体内连续突变进化和基于生长的筛选的方法,获得高丙二酰辅酶A积累的平台菌株,并在此基础上挖掘了影响其通量的关键机理。具体来讲,通过表达校正活性缺陷的DNA聚合酶,并改造错配修复系统,增加DNA复制过程中的突变率,进行体内连续突变进化;与此同时,构建丙二酰辅酶A动态感应元件,利用感应元件将丙二酰辅酶A浓度与生长速率偶联,建立基于生长的筛选系统;结合体内突变系统和生长筛选系统进行丙二酰辅酶A高合成菌株的连续进化和富集筛选;再通过基因组测序、转录组分析,以及反向代谢工程验证,揭示影响丙二酰辅酶A合成通量的关键突变基因,发现了储藏性碳源合成和赖氨酸、精氨酸代谢的调控可以显著提高丙二酰辅酶A的合成通量。这些发现的新机理、新靶点可用于丙二酰辅酶A下游产物的代谢工程改造,因此该项目的完成对于突破代谢工程改造中丙二酰辅酶A合成通量低这一共性难题,提高多种衍生产物的合成都具有重要意义。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
3

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
4

内点最大化与冗余点控制的小型无人机遥感图像配准

内点最大化与冗余点控制的小型无人机遥感图像配准

DOI:10.11834/jrs.20209060
发表时间:2020
5

视网膜母细胞瘤的治疗研究进展

视网膜母细胞瘤的治疗研究进展

DOI:
发表时间:2018

相似国自然基金

1

酿酒酵母积累黄酮类化合物过程中丙二酰辅酶A供给的动态调控

批准号:31770097
批准年份:2017
负责人:陈坚
学科分类:C0104
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
2

编程可控的基因增变器及其在酿酒酵母基因组连续进化中的应用

批准号:21808199
批准年份:2018
负责人:连佳长
学科分类:B0812
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

酿酒酵母寡核苷酸介导基因组连续进化提高生产性能的研究

批准号:21576232
批准年份:2015
负责人:徐志南
学科分类:B0812
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
4

人类丙二酰辅酶A脱羧酶催化机制的理论研究

批准号:21603116
批准年份:2016
负责人:凌宝萍
学科分类:B0301
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目