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食品与发酵工业  2020, Vol. 46 Issue (17): 1-8    DOI: 10.13995/j.cnki.11-1802/ts.024241
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利用谷氨酸棒杆菌CRISPRi系统构建L-缬氨酸高产菌株
杜丽红1, 熊海波1, 徐达1, 徐庆阳1,2, 陈宁1,2*
1(天津科技大学 生物工程学院,天津,300457)
2(代谢控制发酵技术国家地方联合工程实验室,天津,300457)
Construction of L-valine production strain by CRISPRi system of Corynebacterium glutamicum
DU Lihong1, XIONG Haibo1, XU Da1, XU Qingyang1,2, CHEN Ning1,2*
1(College of Biotechnology, Tianjin University of Science & Technology,Tianjin 300457,China)
2(National and Local United Engineering Lab of Metabolic Control Fermentation Technology,Tianjin 300457,China)
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摘要 作为8种必需氨基酸之一,L-缬氨酸在生物体内起着重要的生理生化作用。微生物体内丙酮酸是L-缬氨酸生物合成的唯一前体物质,同时也是重要的中间代谢物,因此L-缬氨酸的高效积累和细胞生长是相互影响的。为保证细胞正常生长,同时可以大量积累L-缬氨酸,研究建立了一套应用于谷氨酸棒杆菌的CRISPRi技术,并利用此技术实现了三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA)和磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway,PPP)中多个基因相对转录水平不同程度的调控。通过摇瓶实验,确定了编码丙酮酸脱氢酶的基因aceE和编码6-磷酸葡萄糖脱氢酶的基因Cgl1576是利于L-缬氨酸积累的有效修饰靶点。对aceE 翻译起始区域(DNA序列中起始密码子ATG区域)弱化时,L-缬氨酸可积累34.6 g/L,对Cgl1576 翻译起始区域弱化时,L-缬氨酸可积累32.3 g/L,较对照菌株分别提高了6.1和3.8 g/L。此外,对同时弱化aceECgl1576两个靶点基因进行了多种尝试并确定同时弱化aceECgl1576的翻译起始区域效果最佳,最终得到的菌株可积累L-缬氨酸37.1 g/L。该研究为定向改造谷氨酸棒杆菌积累L-缬氨酸提供了重要的修饰靶点及改造思路。
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杜丽红
熊海波
徐达
徐庆阳
陈宁
关键词:  谷氨酸棒杆菌  L-缬氨酸  CRISPRi    
Abstract: As one of the essential amino acids, L-valine plays an important role in physiology and biochemistry. Pyruvate is not only the precursor needed for L-valine biosynthesis, but also an important intermediate metabolite. Therefore, the efficient accumulation of L-valine and cell growth are mutually affected. In order to keep balance between cell growth and accumulation of L-valine, the CRISPR interference technique for Corynebacterium glutamate was established, and the relative transcription levels of several genes in tricarboxylic acid cycle (TCA) and pentose phosphate pathway (PPP) were regulated in varying degrees. Through shaking flask experiment, the genes aceE encoding pyruvate dehydrogenase and Cgl1576 encoding glucose-6-phosphate dehydrogenation were confirmed as effective modification targets for L-valine accumulation. When the initiation of aceE and Cgl1576 were weakened, 34.6 and 32.3 g/L L-valine were accumulated, which were 6.1 and 3.8 g/L higher than the control, respectively. In addition, it was confirmed that weakening the initiation of aceE and Cgl1576 was the best interference strategy, with a final L-valine accumulation of 37.1 g/L. This study not only determined important target genes for modification, but also provided a new direction for accumulation of L-valine in C.glutamate.
Key words:  Corynebacterium glutamicum    L-valine    CRISPRi
收稿日期:  2020-04-18      修回日期:  2020-05-12           出版日期:  2020-09-15      发布日期:  2020-10-14      期的出版日期:  2020-09-15
基金资助: 国家重点研发计划项目(2018YFA0900300)
作者简介:  博士研究生(陈宁教授为通讯作者,E-mail:ningch@tust.edu.cn)
引用本文:    
杜丽红,熊海波,徐达,等. 利用谷氨酸棒杆菌CRISPRi系统构建L-缬氨酸高产菌株[J]. 食品与发酵工业, 2020, 46(17): 1-8.
DU Lihong,XIONG Haibo,XU Da,et al. Construction of L-valine production strain by CRISPRi system of Corynebacterium glutamicum[J]. Food and Fermentation Industries, 2020, 46(17): 1-8.
链接本文:  
http://sf1970.cnif.cn/CN/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.024241  或          http://sf1970.cnif.cn/CN/Y2020/V46/I17/1
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