基于桔霉素和洛伐他汀的红曲霉代谢规律及调控机理

洛伐他汀是红曲霉的主要次级代谢产物之一，因其具有降胆固醇、降血脂的功效而受到广泛重视；桔霉素也是红曲霉的一种次级代谢产物，因其具有明显的肾毒性，成为红曲霉产业发展的主要障碍。本项目通过研究不同环境因子（不同光照强度、不同光照时间、不同溶氧浓度、不同温度梯度）对红曲霉次级代谢产物（桔霉素及洛伐他汀）产量的影响，确定高产洛伐他汀、低产桔霉素的发酵条件；利用荧光定量PCR技术，结合环境因子对红曲霉次级代谢产物的影响规律进行探索，筛选出红曲霉次级代谢调控基因表达差异最大的诱导条件；对环境因子诱导下相关基因的表达差异进行研究分析，运用高效液相色谱串联质谱电喷雾法（LC-ESI-MS/MS）对不同温度条件下红曲霉菌株蛋白组进行了初步研究；利用基因敲除等技术构建高产洛伐他汀、低产桔霉素的工程菌株。研究结果表明，添加1%柠檬酸时（pH2.84）洛伐他汀产量最高，达到5.21mg/g，桔霉素产量最低，为3.56 μg/mL；低温条件下可以获得更多的洛伐他汀，20℃时洛伐他汀的最高产量比30℃提高了137倍，达2917.67 μg/g干重，但低温也能促进桔霉素生成，因此，发酵条件要选择合适的培养温度；蓝光可以抑制洛伐他汀的产生；限氧条件可以抑制桔霉素的产生。不同温度下，红曲霉产洛伐他汀相关基因簇的表达量不同，mokA、mokC、mokD、mokE、mokF、mokG、MpLaeA基因的表达量与洛伐他汀产量成正相关，mokB、mokH和mokI三个基因与洛伐他汀产量成负相关；不产桔霉素的菌株中，ctnA和ctnE基因缺失；利用LC-ESI-MS/MS检测出2016个蛋白，以30℃培养温度的红曲霉蛋白含量为对照，以蛋白表达量2倍以上的变化为判断指标，发现实验组即20℃培养的红曲霉中，有240个蛋白表达量发生上调，180个蛋白表达量发生下调，mokI基因所编码的外排泵这一蛋白的表达量与mokI基因表达量趋势相同，都发生下调；利用基因敲除技术，成功地对CtnA基因进行了敲除，基因敲除菌株的桔霉素产量仅为原始菌株的6.18%，降低了红曲霉的桔霉素含量。以上研究成果为红曲霉产业的发展奠定了一定基础。