基于组学研究乙酸钾影响产黑色素短梗霉合成聚苹果酸的机理

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论文以产黑色素短梗霉(Aureobasidium melanogenum CGMCC NO.18996)为研究对象,分析抑制剂、促进剂和碳酸钙对A.melanogenum合成聚苹果酸(PMLA)代谢途径的影响,随后运用代谢组学和转录组学方法对其作用机制进行分析,初步探究影响PMLA生物合成的标志性代谢物和关键基因。主要内容及实验结果如下:(1)研究三氟乙酸、丙二酸和衣康酸这三种抑制剂在有无碳酸钙两种情况下对PMLA合成的影响。结果显示,在有无碳酸钙条件下A.melanogenum合成PMLA的主要途径均为乙醛酸循环。(2)分别添加乙酸钾、乙酸锌、乙酸钠和乙酸铵后,发现乙酸钾能够提高PMLA产量,PMLA产量为55.50±2.12 g/L,较空白组提高23.91%;乙酸钾最适添加量为3g/L。对A.melanogenum细胞内异柠檬酸裂解酶(ICL)的活性进行检测,在整个发酵过程中添加乙酸钾的实验组ICL酶活均高于空白组,在72 h酶活达到最大是空白组的3.23倍。(3)研究碳酸钙对PMLA合成的影响。通过5-L发酵罐动力学分析,发酵终点实验组PMLA产量为49.77±0.48 g/L,较空白组提高369.97%。基于GC-MS对碳酸钙影响PMLA合成的代谢组学分析,发现碳酸钙能够促进TCA循环。基于转录组学对碳酸钙影响PMLA合成进行分析,发现上调基因主要集中在糖酵解、TCA循环及能量代谢途径,促进苹果酸积累,再转运到细胞质中结合NRTS2蛋白聚合为PMLA。(4)研究乙酸钾在有无碳酸钙两种情况下对PMLA合成的影响。在无碳酸钙条件下,通过5-L发酵动力学分析,发酵结束实验组PMLA产量为23.46±0.93 g/L,较空白组提高121.53%;基于GC-MS对PMLA合成的代谢组学分析,发现在无碳酸钙的条件下,添加乙酸钾能够增强A.melanogenum胞内乙醛酸循环途径,使PMLA产量增加;基于转录组学对乙酸钾影响PMLA合成进行分析,发现在无碳酸钙条件下,上调基因主要集中在糖酵解、乙醛酸循环和TCA循环。在有碳酸钙条件下,通过5-L发酵动力学分析,在发酵终点实验组PMLA产量为59.98±1.37 g/L,较空白组提高17.79%;基于GC-MS对PMLA合成的代谢组学分析,发现在无碳酸钙的条件下,添加乙酸钾能够增强A.melanogenum胞内糖酵解、丙酮酸代谢及乙醛酸循环途径;基于转录组学对乙酸钾在有碳酸钙条件下影响PMLA合成进行分析,发现上调基因主要集中在糖酵解和乙醛酸循环。通过机理分析添加碳酸钙和乙酸钾能提高A.melanogenum胞内糖酵解和乙醛酸循环,从而提高A.melanogenum合成PMLA的能力。
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