推荐阅读文章 | 大肠杆菌突变株高密度生长的多因素分析
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大肠杆菌突变株高密度生长的多因素分析
谢雨康 吴海英 伏聪 陈艾 史吉平 孙俊松
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大肠杆菌(Escherichia coli，E. coli)是最重要的工业生产菌株之一，研究发现大肠杆菌K-12突变菌株S17-3在携带质粒pBHR68时生长密度高，耐低pH且在低pH条件下生长时高产可拉酸(Colanic Acid，CA)。为探究这一现象的分子生物学机制，本文研究了质粒pBHR68结构对细胞密度的影响，结合全基因组比对和转录组数据分析，考察了代谢相关基因的敲除对细胞生长及CA合成的影响。本研究为模式大肠杆菌或工业大肠杆菌提高生长密度的工程改造提供了研究参考，也为利用大肠杆菌S17-3构筑底盘细胞奠定了研究基础。
摘要
【背景】pBHR68是表达聚-3-羟基丁酸酯(Poly-3-Hydroxybutyrate，PHB)合成基因簇的高拷贝质粒，大肠杆菌K-12突变菌株S17-3在携带该质粒时生长密度高，耐低pH且在低pH条件下生长时高产可拉酸(Colanic Acid，CA)。
【目的】系统探究与菌种(大肠杆菌S17-3)及质粒(pBHR68)相关的高密度生长现象的分子机理，提示PHB和CA合成代谢与高密度生长的偶联机制。
【方法】解析质粒的构成、CA合成途径基因组成对高密度生长现象的影响；利用全基因组同比分析寻找可能的关键突变基因；开展转录组学分析，筛查大肠杆菌S17-3及其转化子在不同培养方式中的转录组数据，通过基因敲除实现基因功能及细胞生长状态的验证。
【结果】大肠杆菌S17-3的高密度生长菌与PHB合成的操纵子的过表达以及rhsA的多位点突变相关，RcsA是CA合成与高密度生长中碳代谢流调控的关键调控蛋白。在低pH培养时，敲除可拉酸合成的关键糖基转移酶导致生物量提升；此外，大肠杆菌S17-3/pBHR68的高密度生长还可能与乳糖操纵子异常的转录调控相关，lacZ突变株高密度生长特性消失，而且无法合成可拉酸。
【结论】研究分析了引起大肠杆菌S17-3高密度生长的多种因素，为大肠杆菌提高生长密度现象的进一步分析提供了重要线索，也为利用大肠杆菌S17-3的优异生理特性将其改造为寡糖合成的底盘细胞奠定了研究基础。
图1 质粒pBHR68引起的高密度生长分析
Figure 1 Analysis of pBHR68-induced high-density growth
图2 E. coli BW25113 (A)和E. coli S17-3 (B)菌株生长曲线及PHB产量(C)
Figure 2 Growth profiles of E. colirhsA mutants BW25113 (A) and S17-3 (B) and PHB content (C)
图3 CA合成途径关键基因缺失对CA合成和细胞密度的影响
Figure 3 Cell density and CA concentration from different mutants
图4 lacZ缺失的E. coli S17-3菌株生长变化
Figure 4 Comparison of the cell densities in lacZ-deleted E. coli S17-3 strain and the wild type cells
图5 E. coli S17-3/pBHR68相关碳代谢流走向(A)及其可能的网络调控网络节点分布(B)
Figure 5 Demonstration of carbon flow channeling (A) and the composition of the regulatory network (B) in E. coli S17-3/pBHR68
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本期制作：赵彬涵
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