成果展示 当前位置: 首页 - 科学研究 - 成果展示 - 正文
云南农大在灯盏乙素生物合成中取得新进展
来源:农学院 时间:2022-06-16浏览次数:

图片

本站消息 灯盏乙素是云南省“十大云药”之一灯盏花核心药效成分,以灯盏乙素为主要成分生产有注射用灯盏花素、灯盏细辛注射液等重要中成药产品,在治疗缺血性脑血管疾病脑栓塞和脑溢血等方面疗效显著。近期,我校杨生超教授团队和中科院天津工业生物技术研究所江会锋研究员团队合作,尝试在解脂耶氏酵母中生产灯盏花乙素,并解决前期研究中存在的灯盏甲素产量高于灯盏乙素的关键科学问题,并通过模块化优化、组合筛选不同物种基因、代谢工程改造以及发酵优化提升灯盏乙素产量。研究发现,灯盏甲素产量高于灯盏乙素是因为葡萄糖醛酸转移酶与P450酶F6H竞争底物芹菜素,项目组通过筛选高催化效率的F6H提高灯盏乙素的产量以及比例。来自黄芩的SbaiCYP82D4(YL17)在产量和比例方面都呈现出最好的催化活性,灯盏乙素的产量提高到37.8 mg/L,比例从20.18%提高到96.54%,灯盏甲素的比例从79.81%下降到3.46%(图1)。

图1灯盏乙素合成模块优化

(a)副产物灯盏甲素生产途径;(b)不同物种F6H组合筛选灯盏乙素和灯盏甲素产量

为进一步提高灯盏乙素的产量,增加工程菌株YL17中关键酶的拷贝数。由于在YL17中观察到对香豆酸以及柚皮素积累,所以考虑增加对香豆酸下游途径酶拷贝数,发现增加EbCHS、EbFSII、SbaiCYP82D4和ATR2拷贝数得到最终菌株YL25,其在摇瓶发酵中产生94.79 mg/L灯盏乙素(图2),表明增加下游基因拷贝数对于引导碳通量向灯盏乙素的合成至关重要。

图2增加关键基因拷贝数

(a) 对香豆酸标品、柚皮素标品以及YL17工程菌HPLC结果图;(b)增加下游基因拷贝数对灯盏乙素和灯盏甲素产量和比例影响

最后通过在1.3L发酵罐中进行补料分批发酵优化,发现细胞干重(DCW)最终在118 h达到66.8 g/L,灯盏乙素的产量在118 h达到346 mg/L,是酿酒酵母中报道的3.2倍(108 mg/L),并且使灯盏乙素的比例从36.9%提升到80%以上(图3)。

图表描述已自动生成

图3补料分批发酵

(a)发酵菌株YL25工程菌基因拷贝数示意图;(b)补料分批发酵过程中残余葡萄糖量、灯盏乙素产量、灯盏甲素产量、细胞干重的影响

前期两个团队合作,在酿酒酵母底盘细胞中成功构建了灯盏乙素全合成的细胞工厂,首次实现了灯盏乙素的全合成,灯盏乙素含量达108 mg/L,初步具备了工业化生产的潜在能力。相关研究论文发表于Nature Communications(2018年)。

本研究构建解脂耶氏酵母生产灯盏乙素底盘细胞,及所采用的研究策略对于其他天然产物合成底盘细胞的构建具有借鉴意义,相关研究论文近期发表于Synthetic and Systems Biotechnology。我校农学与生物技术学院药用植物资源专业硕士研究生王益娜为第一作者,中科院天津工业生物技术研究所刘晓楠博士为共同一作,我校杨生超教授和中科院天津工业生物技术研究所江会锋研究员为通讯作者。本研究受到云南省重大科技专项“重要植物药单体化合物生物合成应用研究”(项目编号2019ZF011)等项目的支持。

作者:张广辉
编辑:潘伟荣


上一条:我校盛军科研团队发现三七皂苷治疗动脉粥样硬化分子靶点
下一条:我校教师主编的普通高等教育规划教材《环境土壤生态综合实验教程》出版发行

热点文章