【摘 要】
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嗜甲醇巴斯德毕赤酵母(Pichia pastoris,P.pastoris)是最为广泛使用的真核表达系统之一。其高效的启动子醇氧化酶1启动子(PAOX1)可被甲醇强烈诱导但又被甘油等碳源所抑制,其分
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嗜甲醇巴斯德毕赤酵母(Pichia pastoris,P.pastoris)是最为广泛使用的真核表达系统之一。其高效的启动子醇氧化酶1启动子(PAOX1)可被甲醇强烈诱导但又被甘油等碳源所抑制,其分子机理目前仍不清楚。为研究甘油对毕赤酵母甲醇代谢的影响,本研究以同源重组的方法敲除了P.pastoris GS115的跨膜蛋白甘油转运体1基因(GT1),并使用了高通量测序对不同培养环境(甘油、甲醇、甘油-甲醇混合)下的野生型(WT)和突变型(MUT,GT1?)菌株进行了转录组测序。对转录组数据的分析和差异基因的功能验证有以下主要研究成果:(1)甘油转运体1(GT1)的缺失可使毕赤酵母在甘油-甲醇混合培养基中解除碳源阻遏现象,突变型菌株(GT1?)在甘油甲醇混合培养基中的表达谱与野生型在甲醇培养中的表达谱相似。突变型在混合培养基中的醇氧化酶酶活显著高于野生型,即突变型可达到去阻遏状态。(2)甘油及甘油转运体可直接或间接影响胞内能量代谢、细胞程序性死亡和翻译等过程影响甲醇代谢活性。通过计算在三个比较组中共同的差异表达的基因(DEGs),本研究发现了涉及压力响应、营养匮乏和翻译过程等的基因,解释了甘油在调控甲醇代谢中可能发挥的功能。(3)基于加权基因共表达网络分析(WGCNA),本研究建立了生物学性状(如醇氧化酶活性、甘油甲醇残量和生物量)与转录组数据的关系模型。发现一与甲醇代谢高度相关的基因模块“MEmagenta”,模块中基因也涉及糖类代谢、能量代谢和信号转导等众多生物过程。(4)通过对已发表文献的发掘和本研究的数据,构建出两条可能涉及甘油抑制甲醇代谢的调控途径,即AMPK/SNF1信号通路可通过积累胞内的能量饥饿信号促进甲醇代谢,MAPK/HOG信号通路可通过促进甘油吸收和甘油生物合成抑制甲醇代谢,为进一步研究和工业菌株改良提供了潜在的位点。(5)发现了三个可能参与甘油调控PAOX1活性的关键基因ZRT1,HOT1和SUT2,并且发现SUT2的缺失可部分解除甘油培养基中甘油对甲醇代谢的阻遏作用。为后续涉及碳源阻遏关键基因的鉴定提供了参考。
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