代谢工程改造甘油代谢途径提高β-胡萝卜素产量

甘油是生物柴油的副产物，因其价格低廉和高还原性，成为生物发酵的重要碳源。为了进一步提高工程菌对甘油的利用能力，从而提高萜类化合物的合成能力，本研究从β-胡萝卜素高产菌CAR015出发，对其甘油代谢途径的多个基因进行了调控。首先敲除了编码3-磷酸甘油抑制子的glpR基因，然后分别用M1-37、M1-46和M1-93三个不同强度的人工调控元件对glpFK、glpD和tpiA三组基因进行单基因调控和多基因组合调控。研究发现用M1-46调控glpD基因后β-胡萝卜素产量达到了64.82 mg/L，是CAR015的4.86倍，甘油消耗速率也提高了100%；调控tpiA基因后β-胡萝卜素产量略有提高；调控glpFK基因后β-胡萝卜素产量略有降低。说明GlpD是甘油代谢途径中的关键限速步骤。Q-PCR结果表明，降低甘油代谢途径的glpD和glpFK基因转录水平，增加tpiA基因转录水平，可以增加细胞生长速度、提高β-胡萝卜素产量，可能是因为减少了丙酮醛毒性所致。组合调控glpD和tpiA基因，获得β-胡萝卜素产量最高菌株Gly003，其β-胡萝卜素产量达72.45 mg/L、产率达18.65 mg/g每克干细胞，分别是出发菌株CAR015的5.23倍和1.99倍。总之，GlpD是甘油代谢途径中的关键限速步骤，适当强度调控glpD，可以有效提高重组大肠杆菌的β-胡萝卜素产量