大肠杆菌合成黄酮类化合物关键前体丙二酰辅酶A的代谢调控

批准号:
31370130
项目类别:
面上项目
资助金额:
85.0 万元
负责人:
陈坚
依托单位:
学科分类:
C0104.微生物遗传与生物合成
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
周景文、吴俊俊、朱屹东、刘沛然、王奎
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
微信扫码咨询
中文摘要
黄酮类化合物是一类重要的植物天然产物,具有多种多样的生物活性,在食品、保健品和医药工业等领域具有广泛的应用前景。尽管研究人员已经在微生物中实现了一些黄酮类化合物的异源合成,但是产量仍然较低。导致微生物异源合成黄酮类化合物效率较低的关键问题,在于目前对于黄酮类化合物关键前体物质丙二酰辅酶A的代谢调控及其对大肠杆菌的细胞生长与关键代谢途径的作用缺乏了解。因此,本项目拟通过基于多位点的反义RNA调控和代谢途径模块化调控策略,实现大肠杆菌中丙二酰辅酶A代谢途径的理解调控。利用具有不同丙二酰辅酶A合成与供给能力的一系列大肠杆菌工程菌株,系统考察丙二酰辅酶A代谢对细胞生长与关键代谢途径的重要影响。在此基础上,通过系统调控大肠杆菌的丙二酰辅酶A代谢过程,优化典型黄酮类化合物的代谢途径,揭示丙二酰辅酶A代谢对黄酮类化合物合成过程的的定量关联。
英文摘要
Flavonoids are a group of important plant natural products that have diverse biological activities. Flavonoids have promising applications in food, health products and pharmaceutical industries. Though researchers achieved the production of different flavonoids in microorganisms, the yield is still very low. Previous researches showed that the bottleneck in improving the yield of flavonoids was caused by the limited understanding on the metabolism of the malonyl-CoA, which is one of the most important precursors of flavonoids. Besides, effect of the malonyl-CoA on the cell growth and main metabolic pathway in Escherichia coli still remains largely unknown. In this project, the malonyl-CoA metabolism was regulated by modular and anti-sense RNA based strategies. By using the strategies, a series of E. coli strains with different ability in malonyl-CoA biosynthesis were obtained. Therefore, effect of the malonyl-CoA on the cell growth and main metabolic pathway could be investigated with these strains. Besides, based on the understanding of the malonyl-CoA metabolism, the metabolic networks of several typical flavonoids would also be optimized to achieve the high efficient production of these chemicals in E. coli.
黄酮类化合物是一类重要的植物天然产物,具有多种多样的生物活性,在食品、保健品和医药工业等领域具有广泛的应用前景。尽管研究人员已经在微生物中实现了一些黄酮类化合物的异源合成,但是产量仍然较低。导致微生物异源合成黄酮类化合物效率较低的关键问题,在于目前对于黄酮类化合物关键前体物质丙二酰辅酶A的代谢调控及其对大肠杆菌的细胞生长与关键代谢途径的作用缺乏了解。在本项目中,我们首先证明了定位在目标基因5’-UTR(untranslated region)不同位置的asRNA (antisense RNA)具有不同强度的基因沉默效果。据此设计了不同沉默强度的asRNA来平衡胞内丙二酰辅酶A浓度、细胞生长和柚皮素的产量三者之间的关系。最后确定适当沉默fabB和fabF使柚皮素的产量增加了431%达到391 mg/L。构建了一个CRISPRi (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats interference)系统用于微调大肠杆菌的中心代谢途径提高丙二酰辅酶A的代谢通量。通过设计的sgRNA定向沉默目标基因并结合基因修饰改善细胞的生长,使得胞内乙酰辅酶A浓度提高了233%,最终目标产物柚皮素的产量较出发菌株增加了7.4倍达到421.6 mg/L。根据转录组数据获得了104个梯度强度的大肠杆菌组成型启动子序列PUTR(promoter-5'-UTR complexes),相较于pBAD启动子,这些启动子的转录强度横跨0.007% - 4630%,表达强度横跨0.1%-137%。梯度启动子可以即插即用,方便快捷的调整复杂黄酮类化合物代谢途径中基因的表达强度。使用不同强度的启动子随机组装柚皮素合成基因,最终确认CHS与CHI高表达有助于柚皮素的合成,进一步确定了胞内丙二酰辅酶A浓度低是黄酮类化合物合成的限速步骤。相关工作为代谢工程改造微生物异源合成黄酮和其他以辅酶A作为前体的重要化合物,提供了必要的理论和技术支撑。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Spatial organization of silybin biosynthesis in milk thistle [Silybum marianum (L.) Gaertn]
水飞蓟素生物合成的空间组织 [Silybum marianum (L.) Gaertn]
DOI:10.1111/tpj.13736
发表时间:2017-12-01
期刊:PLANT JOURNAL
影响因子:7.2
作者:Lv, Yongkun;Gao, Song;Chen, Jian
通讯作者:Chen, Jian
Efficient Synthesis of Eriodictyol from l-Tyrosine in Escherichia coli
大肠杆菌中 L-酪氨酸高效合成圣草酚
DOI:10.1128/aem.03986-13
发表时间:2014-03
期刊:Applied and Environmental Microbiology
影响因子:4.4
作者:Zhu Saijie;Wu Junjun;Du Guocheng;Zhou Jingwen;Chen Jian
通讯作者:Chen Jian
Fine-Tuning of the Fatty Acid Pathway by Synthetic Antisense RNA for Enhanced (2S)-Naringenin Production from L-Tyrosine in Escherichia coli
通过合成反义 RNA 微调脂肪酸途径以增强大肠杆菌中 L-酪氨酸的 (2S)-柚皮素生产
DOI:10.1128/aem.02411-14
发表时间:2014-12-01
期刊:APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY
影响因子:4.4
作者:Wu, Junjun;Yu, Oliver;Chen, Jian
通讯作者:Chen, Jian
Efficient transformation of Rhizopus delemar by electroporation of germinated spores
通过电穿孔萌发孢子有效转化德莱马根霉
DOI:10.1016/j.mimet.2014.05.016
发表时间:2014
期刊:Journal of Microbiological Methods
影响因子:2.2
作者:Xu Sha;Zhou Zhengxiong;Du Guocheng;Zhou Jingwen;Chen Jian
通讯作者:Chen Jian
DOI:10.1007/s00253-016-7672-8
发表时间:2016-07
期刊:APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
影响因子:5
作者:Zhou Shenghu;Liu Peiran;Chen Jian;Du Guocheng;Zhou Jingwen;Li Huazhong
通讯作者:Li Huazhong
食品与医药化工学科发展研讨会
- 批准号:22142010
- 项目类别:专项基金项目
- 资助金额:10万元
- 批准年份:2021
- 负责人:陈坚
- 依托单位:
维生素C一菌一步发酵过程中醇糖酮氧化机制及其调控
- 批准号:31830068
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:287.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:陈坚
- 依托单位:
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
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:65.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:陈坚
- 依托单位:
食品发酵过程酿酒酵母氮代谢物阻遏效应形成机制及其调控
- 批准号:31130043
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:265.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:陈坚
- 依托单位:
食品微生物的功能优化与调控的基础研究
- 批准号:20836003
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:200.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:陈坚
- 依托单位:
光滑球拟酵母的能量代谢对其酵解途径的调控
- 批准号:30670066
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:30.0万元
- 批准年份:2006
- 负责人:陈坚
- 依托单位:
生物修复过程中微生物摄取石油烃的模式及关键因素
- 批准号:30370049
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2003
- 负责人:陈坚
- 依托单位:
生物修复过程中微生物摄取石油烃的模式及关键因素
- 批准号:30270054
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:10.0万元
- 批准年份:2002
- 负责人:陈坚
- 依托单位:
一种新型蛋白聚糖类生物絮凝剂的代谢途径
- 批准号:20176042
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:20.0万元
- 批准年份:2001
- 负责人:陈坚
- 依托单位:
有机废水处理和生物可降解塑料生产的藕合系统研究
- 批准号:29677011
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:9.0万元
- 批准年份:1996
- 负责人:陈坚
- 依托单位:
国内基金
海外基金
