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青島能源所在光驅(qū)固碳藍(lán)細(xì)菌合成蔗糖研究方面取得新進(jìn)展

作者:宋檢 時(shí)間:2022-11-30 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

藍(lán)細(xì)菌,又稱(chēng)為藍(lán)藻或藍(lán)綠藻,是地球上*古老的微生物之一。它們能通過(guò)植物型光合作用,將二氧化碳固定并轉(zhuǎn)化為各類(lèi)碳水化合物。研究發(fā)現(xiàn)很多藍(lán)細(xì)菌在高鹽環(huán)境下在細(xì)胞內(nèi)合成并積累蔗糖來(lái)抵抗逆境。利用這一生理特點(diǎn),發(fā)展藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞工廠(chǎng)進(jìn)行糖類(lèi)分子的合成和分泌,將二氧化碳和太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為蔗糖產(chǎn)品,是一條具有潛力的新型糖原料供給路線(xiàn)。

青島能源所微生物代謝工程團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期以來(lái)致力于藍(lán)細(xì)菌糖類(lèi)物質(zhì)合成研究,其近期研究結(jié)果揭示了藍(lán)細(xì)菌蔗糖合成在調(diào)控和代謝方面的若干機(jī)理問(wèn)題。針對(duì)前人在集胞藻PCC 6803研究中蔗糖合成轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白Slr1588全基因缺失和插入失活兩個(gè)突變株在鹽脅迫條件下表型不一的問(wèn)題,該團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)分析了slr1588及下游ggpP基因的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)錄情況,證明了ggpP基因轉(zhuǎn)錄起始于slr1588基因編碼框內(nèi),slr1588全基因缺失所導(dǎo)致的對(duì)下游ggpP基因的轉(zhuǎn)錄抑制,是突變株鹽敏感表型的真正原因。基于新構(gòu)建的slr1588突變株,Slr1588被證明能調(diào)控蔗糖合成關(guān)鍵酶spsA基因的轉(zhuǎn)錄和蔗糖分解酶活性。該研究為進(jìn)一步解析藍(lán)細(xì)菌蔗糖合成調(diào)控機(jī)制和針對(duì)性強(qiáng)化蔗糖合成途徑提高蔗糖產(chǎn)量奠定了理論基礎(chǔ),相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Frontiers in Microbiology雜志(Song et al., 2017, Front Microbiol 8:1176)。

此外,該團(tuán)隊(duì)在藍(lán)細(xì)菌蔗糖合成代謝機(jī)理研究中也取得新進(jìn)展(Qiao et al., Appl Environ Microbiol, doi: 10.1128/AEM.02023-17)。在藍(lán)細(xì)菌中,由于蔗糖合成與糖原合成使用相同的前體物——葡萄糖-1-磷酸,因此一般認(rèn)為二者之間存在合成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,抑制糖原合成將能促進(jìn)蔗糖合成。然而,該研究團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果表明情況并非如此。該團(tuán)隊(duì)利用核糖體開(kāi)關(guān)策略,實(shí)現(xiàn)了對(duì)聚球藻PCC 7942工程菌株中糖原合成的梯度抑制,發(fā)現(xiàn)糖原水平的下降并沒(méi)有帶來(lái)蔗糖合成水平的提升,反而降低了蔗糖產(chǎn)量;而在藍(lán)細(xì)菌中增強(qiáng)糖原合成,則有效提高了蔗糖合成水平。該結(jié)果表明糖原合成并非是藍(lán)細(xì)菌蔗糖合成的競(jìng)爭(zhēng)性途徑,其更有可能作為一個(gè)“碳庫(kù)”為蔗糖合成提供碳素支持(圖1)。該研究結(jié)果改變了業(yè)界對(duì)藍(lán)細(xì)菌中糖原合成與蔗糖合成關(guān)系的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí),同時(shí)也為進(jìn)一步提高基因工程藍(lán)細(xì)菌蔗糖產(chǎn)量提供了新的改造策略。

上述研究獲得了國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、中德科學(xué)中心項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金等項(xiàng)目的支持。

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