多策略强化1-2-4-丁三醇的生物合成

多策略强化1,2,4-丁三醇的生物合成D-1,2,4-丁三醇（D-1,2,4-butanetriol,BT）是一种重要的非天然四碳平台化合物,广泛应用于军工、医药、烟草等领域。近年来,研究者对重组大肠

多策略强化1,2,4-丁三醇的生物合成 D-1,2,4-丁三醇（D-1,2,4-butanetriol,BT）是一种重要的非天然四碳平台 化合物,广泛应用于军工、医药、烟草等领域。近年来,研究者对重组大肠杆菌进 行敲除分支代谢途径、过表达关键酶及分子伴侣辅助蛋白折叠等改造加强BT合 成通路,但产量仍然有限。 其中,木糖分支途径缺失不利于生物量积累,低效率的脱羧反应是BT合成的 限速步骤。基于此,本研究首先通过筛选高效脱羧酶解除限速步骤,其次分别采用 反义RNA技术微调木糖代谢流及弱化葡萄糖效应实现葡萄糖、木糖共底物发酵的 策略提高菌体生物量,最后通过培养条件优化实现BT高产。 脱羧反应是BT合成途径的限速步骤。为提高脱羧效率,分别从乳酸乳球菌和 阴沟肠杆菌基因组中克隆2-酮异戊酸脱羧酶基因kivD及吲哚丙酮酸脱羧酶基 因ipdC,并构建重组表达菌株。 SDS-PAGE电泳发现重组蛋白表达水平相似。发酵结果显示,携带kivD基因 的重组菌株尽管生物量略有降低,但BT产量较对照菌株提高53%,达到1.3 g·L<sup>-1</sup>。 而携带ipdC基因菌株发酵液中并未检测到BT。上述结果表明来自乳酸乳球 菌的2-酮异戊酸脱羧酶KivD能高效催化BT合成途径的脱羧反应。 为了提高菌株生长能力,采用反义RNA技术微调木糖异构酶表达水平以平衡 菌体生长及BT合成。四个反义表达菌株的Xyl A转录水平均受到不同程度抑制, 且菌体生物量及BT产量均得到相应提高;BT最高产量达到3.9 g·L<sup>-1</sup>,比对照菌株提高200%。 此外,通过对葡萄糖效应相关基因敲除,发现ptsHI、mgsA基因敲除可以有效