Metabolic engineering of Rhodococcus jostii RHA1 for production of pyridine-dicarboxylic acids from lignin.
Metabolic engineering of Rhodococcus jostii RHA1 for production of pyridine-dicarboxylic acids from lignin.
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DOI：
10.1186/s12934-020-01504-z
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发表时间：
2021-01-19
影响因子：
6.4
通讯作者：
Bugg TDH
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Spence EM;Calvo-Bado L;Mines P;Bugg TDH
对红球菌 jostii RHA1 进行遗传改造，通过分别插入鞘氨醇 SYK-6 ligAB 基因或类芽孢杆菌 praA 基因，优化从木质素或木质纤维素分解中生产吡啶-2,4-二羧酸和吡啶-2,5-二羧酸生物制品。与野生型 R. jostii RHA1 中的质粒表达相比，将含有 ligAB 或 praA 基因的诱导型质粒 pTipQC2 表达载体插入到 ΔpcaHG R. jostii RHA1 基因缺失菌株中，木质纤维素产生的 PDCA 滴度提高了 2-3 倍（200-287 mg/L）。 ligAB 基因被插入代替编码原儿茶酸 3,4-双加氧酶的染色体 pcaHG 基因，在诱导型 Picl 或 PnitA 启动子或组成型 Ptpc5 启动子的控制下，使用麦秆木质纤维素或商业苏打木质素作为碳源产生 2,4-PDCA 产品。插入无枝酸菌属 sp。 pTipQC2 表达质粒上的 75iv2 dyp2 基因由于木质素降解率提高，导致 2,4-PDCA 产物的滴度提高。与野生型 R. jostii RHA1 中基于质粒的 ligAB 基因表达相比，在含有麦秆木质纤维素的基本培养基中生长可在 40 小时内产生 330 mg/L 滴度的 2,4-PDCA，生产率提高十倍以上。使用几种不同的聚合木质素作为碳源也观察到 2,4-PDCA 的产生，并且使用市售的苏打木质素作为原料观察到滴度为 240 mg/L。
Genetic modification of Rhodococcus jostii RHA1 was carried out in order to optimise the production of pyridine-2,4-dicarboxylic acid and pyridine-2,5-dicarboxylic acid bioproducts from lignin or lignocellulose breakdown, via insertion of either the Sphingobium SYK-6 ligAB genes or Paenibacillus praA gene respectively. Insertion of inducible plasmid pTipQC2 expression vector containing either ligAB or praA genes into a ΔpcaHG R. jostii RHA1 gene deletion strain gave 2–threefold higher titres of PDCA production from lignocellulose (200–287 mg/L), compared to plasmid expression in wild-type R. jostii RHA1. The ligAB genes were inserted in place of the chromosomal pcaHG genes encoding protocatechuate 3,4-dioxygenase, under the control of inducible Picl or PnitA promoters, or a constitutive Ptpc5 promoter, producing 2,4-PDCA products using either wheat straw lignocellulose or commercial soda lignin as carbon source. Insertion of Amycolatopsis sp. 75iv2 dyp2 gene on a pTipQC2 expression plasmid led to enhanced titres of 2,4-PDCA products, due to enhanced rate of lignin degradation. Growth in minimal media containing wheat straw lignocellulose led to the production of 2,4-PDCA in 330 mg/L titre in 40 h, with > tenfold enhanced productivity, compared with plasmid-based expression of ligAB genes in wild-type R. jostii RHA1. Production of 2,4-PDCA was also observed using several different polymeric lignins as carbon sources, and a titre of 240 mg/L was observed using a commercially available soda lignin as feedstock.
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