脂肪酸聚酮合酶的催化机制解析及二十碳五烯酸的定向合成

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21878151
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0812.生物化工与合成生物工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Directional synthesis of unsaturated fatty acids is one of the methods to solve the low productivity problem of some high nutritional scarce fatty acids. Polyunsaturated fatty acid/polyketide synthase (PUFA/PKS) can directly synthesize different kinds of polyunsaturated fatty acids. Compared with the elongase and desaturase pathway, PUFA/PKS pathway has higher energy utilization efficiency and modification space. In this proposal, taking the docosahexaenoic acid and eicosapentaenoic acid biosynthesis gene clusters as the research objects, we want to synthesize the natural low-efficiency EPA in the industrialized mature DHA producing strain Schizochytrium using the strategies of in vitro reaction and in vivo domain swap. The double bonds retention mechanism of the fatty acid chain by extension domain KS and modification domain ER and the substrate preference of the final release module AT will be investigated by in vitro reaction with acyl-ACP with different chain length and saturation. The specificity domain which can introduce the double bond at the ω-3 position and the domain which can release the EPA-ACP will be obtained through site-directed mutagenesis; the mutant strains of Schizochytrium will be constructed to synthesize EPA by constructing the hybrid PUFA/PKS synthase through the complement and domain swap of the specific domains, such as the single domain of KS, ER, AT or different combinations of these domains. In addition, the ability of the mutant strains to synthesize EPA will also be enhanced by optimizing the cultivation conditions. This project will develop a method for the synthesis of specific fatty acids by in vitro testing and in vivo modification, which will provide a new strategy for the biological production of natural low-efficiency fatty acid products and encourage the innovation in the field of fatty acids biosynthesis.
不饱和脂肪酸的定向合成是解决高营养稀缺脂肪酸低效率合成的关键,脂肪酸聚酮合酶可从头合成不饱和脂肪酸,较延长去饱和途径,具有更高的能量利用率和改造空间。本项目以产二十二碳六烯酸DHA和二十碳五烯酸EPA的脂肪酸聚酮合酶为研究对象,基于in vitro体外反应和in vivo体内功能域置换的研究思路,拟在产业化成熟的DHA生产菌裂殖壶菌体内合成EPA。通过研究脂肪酸链延伸模块KS和修饰模块ER对双键的保留机制以及潜在释放模块AT对终产物脂肪酸的底物偏好性,解析不饱和脂肪酸的从头合成途径对脂酰结构前体的合成和调控机制,获得在ω-3位特异性引入双键及专一性释放EPA的模块蛋白,在裂殖壶菌中重构EPA合成途径,获得特定链长和双键的脂肪酸产品。发展一种基于体外测试、体内改造定向控制脂肪酸双键位置和链长结构的方法,为天然低效率合成的脂肪酸产品制备提供新的技术手段,推动脂肪酸类化合物合成技术的创新。

结项摘要

本项目针对高营养稀缺脂肪酸低效率合成的问题,从代谢途径和酶催化层面来调控从乙酰 CoA到不饱和脂肪酸合成的代谢过程。从多不饱和脂肪酸合成酶的催化机制解析层面探究脂肪酸链长和双键位置控制的机制。(1)脂肪酸聚酮合酶功能模块的体外表达:发现来自裂殖壶菌HX-308的BER和CER主要是负责长链不饱和脂酰ACP双键的还原的。在大肠杆菌中表达了来源于裂殖壶菌和希瓦氏菌的四个脱水酶功能域,发现DH12功能域可以提高不饱和脂肪酸的比例,DH3可以促进饱和脂肪酸的积累。(2)裂殖壶菌的基因工程平台构建和脂肪酸聚酮合酶的体内表达、替换:在裂殖壶菌中成功建立了一套稳定的遗传转化体系;将体外构建的来自希瓦氏菌的 Shew-AT 表达框导入裂殖壶菌,EPA占总脂肪酸的含量由原来的 1.04%提高到 3.84%,比原始菌株提高了72.9%。(3)转录组学解析不饱和脂肪酸合成机制:完成了裂殖壶菌分别在高温胁迫下、强光胁迫下、高盐胁迫下的转录组学分析实验,整体分析裂殖壶菌的脂肪酸聚酮合酶基因在胁迫条件下的表达情况。(4)裂殖壶菌的定向驯化:对裂殖壶菌分别进行了耐高温驯化、强光驯化、过氧化氢驯化以及强光和过氧化氢交替驯化实验。结果显示,上述条件均一定程度上提高了DHA以及EPA的产量;添加过氧化氢后EPA的含量较对照组增加了7.35倍。本项目通过全方面的研究解析脂肪酸聚酮合酶合成机制,为促进长链多不饱和脂肪酸在微生物体内高效合成奠定理论基础。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Transcriptomic analysis of gene expression of menaquinone-7 in Bacillus subtilis natto toward different oxygen supply
不同供氧条件下纳豆枯草芽孢杆菌menaquinone-7基因表达的转录组分析
  • DOI:
    10.1016/j.foodres.2020.109700
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    FOOD RESEARCH INTERNATIONAL
  • 影响因子:
    8.1
  • 作者:
    Peng Cheng;Zhu Siyu;Lu Jianyao;Hu Xuechao;Ren Lujing
  • 通讯作者:
    Ren Lujing
Lipidomic and transcriptomic analysis reveals the self-regulation mechanism of Schizochytrium sp. in response to temperature stresses
脂质组学和转录组学分析揭示了裂殖壶菌的自我调节机制。
  • DOI:
    10.1016/j.algal.2022.102664
  • 发表时间:
    2022-03-21
  • 期刊:
    ALGAL RESEARCH-BIOMASS BIOFUELS AND BIOPRODUCTS
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Hu, Xuechao;Luo, Yangyang;Ren, Lujing
  • 通讯作者:
    Ren, Lujing
The current status of biotechnological production and the application of a novel antioxidant ergothioneine
新型抗氧化剂麦角硫因的生物技术生产及应用现状
  • DOI:
    10.1080/07388551.2020.1869692
  • 发表时间:
    2020-12-30
  • 期刊:
    CRITICAL REVIEWS IN BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Han, Yiwen;Tang, Xiuyang;Ren, Lu-Jing
  • 通讯作者:
    Ren, Lu-Jing
` Adaptive evolution of microalgae Schizochytrium sp. under high temperature for efficient production of docosahexaeonic acid
微藻裂殖壶菌的适应性进化。
  • DOI:
    10.1016/j.algal.2021.102212
  • 发表时间:
    2021-01-30
  • 期刊:
    ALGAL RESEARCH-BIOMASS BIOFUELS AND BIOPRODUCTS
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Hu, Xuechao;Tang, Xiuyang;Ren, Lujing
  • 通讯作者:
    Ren, Lujing
Ergothioneine Production by Submerged Fermentation of a Medicinal Mushroom Panus conchatus
药用菌松花深层发酵生产麦角硫因
  • DOI:
    10.3390/fermentation8090431
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
    MDPI AG
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Min Zhu;Yiwen Han;Xuechao Hu;Changbin Gong;Lujing Ren
  • 通讯作者:
    Lujing Ren

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其他文献

硫酸铵提高裂殖壶菌不饱和脂肪酸积累的代谢组学研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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高山被孢霉菌丝形态结构及其对产花生四烯酸油脂影响的研究进展
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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混 合 碳 源 发 酵 对 纳 豆 芽 孢 杆 菌 生 产 甲 萘 醌 -7 的 影 响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗苗苗;刘博;纪晓俊;任路静
  • 通讯作者:
    任路静

其他文献

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任路静的其他基金

基于RNA-Seq的裂殖壶菌响应氧因子调控的分子机制研究
  • 批准号:
    21306085
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  • 资助金额:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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