蓝细菌光驱固碳合成葡萄糖细胞工厂的升级

作     者：曾雪霞 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：毛绍名

授予年度：2022年

学科分类：0710[理学-生物学] 1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 100705[医学-微生物与生化药学] 07[理学] 071005[理学-微生物学] 10[医学] 

主      题：蓝细菌 聚球藻PCC7942 光驱固碳 葡萄糖 糖原 

摘      要：生物炼制技术和产业对于缓解社会能源危机、推动可持续发展具有重要意义,而糖原料的供应是生物炼制产业发展的基础和保障。蓝细菌是一类重要的光合自养的原核微生物,具有生长快速、遗传操作简单等优势,是极具潜力的光合固碳细胞工厂,能利用二氧化碳和光能转化成生物燃料和生物基化学品,近年来引起生物技术领域的广泛关注。本研究应用合成生物学和代谢工程技术,打通并优化了蓝细菌光驱固碳合成葡萄糖的路线,实现与细胞光合生长耦联的葡萄糖合成与分泌,探索新型非天然碳汇机制对蓝细菌光合生长与代谢的影响。本论文主要研究内容和结果如下:第一,葡萄糖合成路径的强化。在前期构建的聚球藻PCC 7942葡萄糖合成菌株中引入大肠杆菌来源的agp基因,驱动蓝细菌中关键节点代谢物葡萄糖-1-磷酸向葡萄糖的直接转化,将葡萄糖产量提高至690 mg/L。第二,探究糖原代谢对产葡萄糖工程菌株的糖类物质代谢影响。针对蓝细菌重要的天然碳汇机制糖原合成途径关键基因glgC,通过基因敲除和茶碱响应型核糖开关原位调控策略,发现glgC蛋白表达水平越高,糖原、葡萄糖和蔗糖的合成通量越高,糖原的积累与葡萄糖、蔗糖的合成呈正相关关系。因此,在常规培养条件下,碳汇物质糖原的合成与蔗糖的合成并不是碳流竞争关系。其次,对糖原和蔗糖合成途径的耦合调控机制进行探索,结果显示蔗糖合成关键蛋白蔗糖磷酸合成酶SPS不能以糖原合成合成前体ADP-葡萄糖为底物,排除了糖原合成与蔗糖合成的耦合由ADP-葡萄糖来引发的可能性。而且SPS酶活不受茶碱浓度影响。最后,对参与糖原代谢途径的其他两种关键基因glgA和glgP基因进行柔性调控,发现蔗糖的产量与glgA和glgP基因的表达水平之间未呈现出明显的关联性。上述结果表明蔗糖合成可能不受糖原积累量直接调控,可能存在其他的调控因子。