课题基金 / 基金详情

基于高通量CRISPR/Cas9基因组编辑的黑曲霉葡萄糖转运系统协同调控机制研究

批准号:
32070082
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
郑小梅
学科分类:
微生物遗传与生物合成
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
郑小梅

项目摘要

结项摘要

郑小梅的其他基金

相似基金

相关文献

中文摘要
黑曲霉是有机酸与酶制剂的重要工业生产菌株。研究其葡萄糖转运系统对理解黑曲霉的生长发育特性与改造优化高产菌株具有重要意义。丝状真菌的葡萄糖转运系统往往具有组分多且调控复杂,但由于黑曲霉的基因编辑效率低,遗传操作通量低,对黑曲霉葡萄糖转运系统的分子鉴定和协同调控机制研究十分有限。针对此问题,本项目将利用基因组挖掘与比较转录组分析,结合前期已建立的高效CRISPR/Cas9系统,系统鉴定黑曲霉葡萄糖转运系统的关键组分,并定量表征各组分对细胞生长和柠檬酸生产的影响;借助黑曲霉高通量基因操作平台与Tet-on诱导表达系统,构建各关键组分元件间的组合突变体,通过关键组合的比较转录组与胞内代谢组分析,阐明葡萄糖转运系统的协同调控机制,实现葡萄糖高效转运,促进柠檬酸生产。本项目不仅将加深对黑曲霉葡萄糖转运系统协同调控网络的认识,也将为人工理性设计优化黑曲霉细胞工厂提供坚实理论基础。
英文摘要
Aspergillus niger is the main industrial strain used for producing organic acids and industrial enzymes, owing to its unique inherent physiological characters and better fitness for industrial fermentation. As the most important carbon substrate, glucose transport system plays an essential role in cell growth and industrial application. A. niger has low- and high-affinity dual glucose transporter system, which is composed of various glucose transporters with complicated molecular regulation. Nevertheless, until recently, owing to the lack of highly efficient high-throughput gene editing system, the essential genes and regulation mechanism of glucose transport of A. niger still limit. To break this bottleneck, we will systematically examine the 9 potential glucose transporters predicted by genomic mining and dynamic transcriptomic analysis, using the highly efficient CRISPR/Cas9 gene editing system, with special focus on mechanistic insights into the link between, cell growth, citric acid production and glucose transport of A. niger. We will exploit systems and synthetic biology tools established in our labs for A. niger including transcriptomics and metabolomics, high throughput CRISPR/Cas9 genome editing system and Tet-on system to comprehensively discover the coordinate regulation of glucose transport in A. niger. Understanding and unveiling the glucose transport coordinated network will facilitate targeted gene editing in A. niger to rationally optimize the carbon utilization and thus improve the performance of this cell factory during industrial production.
黑曲霉是有机酸与酶制剂的重要工业生产菌株,可快速利用粗放的碳源供给细胞生长与发酵生产。葡萄糖转运系统研究对理解生长特性与菌种改造优化具有重要的理论研究意义与工业应用价值。丝状真菌葡萄糖转运系统一般组分较多且调控复杂,但由于黑曲霉缺乏高效基因编辑工具,遗传操作通量低,其葡萄糖转运研究还处于零星的单基因鉴定阶段。针对黑曲霉菌种的产业应用需求及葡萄糖转运调控不清的问题,本项目利用转运功能表征、基因组编辑与多组学分析,系统鉴定了葡萄糖转运系统的关键组分,并揭示了各组分间的协同调控机制。首先,通过基因组挖掘与比较转录组,预测了11个潜在功能组分,采用无己糖转运蛋白的酿酒酵母EBY.VW4000系统表征了其转运活性。在0.02%低葡萄糖浓度下,8个转运蛋白可转运葡萄糖,而在2%高葡萄糖下,仅有3个转运蛋白能有效转运葡萄糖。然后,基于高效CRISPR/Cas9基因编辑技术搭建了高通量基因操作技术平台,成功构建了黑曲霉葡萄糖转运蛋白的单基因与双基因敲除突变体,并测定看各突变体的葡萄糖吸收与利用速率。通过定量分析,建立了各组分基因与葡萄糖转运间的关联,鉴定出低亲和力转运蛋白MstC与高亲和力转运蛋白MstH是双亲和葡萄糖转运系统的的关键组分。过表达这两个关键组分显著提高柠檬酸发酵水平,通过协同强化葡萄糖转运和柠檬酸外排并阻断副产物生成的系统代谢改造,柠檬酸发酵水平达到了155.87±0.86 g/L,较出发菌株提升3倍。最后,敲除突变体与MstH过表达突变体的转录组分析揭示了MstH作为多功能蛋白在碳源利用调控中的重要作用,构建了黑曲霉葡萄糖转运系统的协同调控网络。本研究从系统和分子层面深化了对黑曲霉葡萄糖转运系统协同调控的认识与理解,还在黑曲霉中建立一套关键功能基因预测-设计-改造的理性改造研究体系与技术平台,为解决黑曲霉工业发酵菌株的迭代提升提供了理论基础和技术支撑。本项目共发表期刊论文7篇,其中第一标注的期刊论文5篇,另有1篇文章正在审稿中,申请国家发明专利2项,培养博士研究生1名,硕士研究生4名。
基于5S rRNA的黑曲霉CRISPR-Cas9高效多位点无痕基因组编辑系统研究
国内基金
海外基金