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常压室温等离子体-紫外复合诱变选育β-法尼烯高产菌株
潘俊潼 寇凤雨 刘瑞艳 王一然 赵辉
β-法尼烯(β-farnesene)有广泛应用，但目前利用基因工程菌合成β-法尼烯的产量仍不能满足工业化生产的需求。本研究采用常压室温等离子体(atmospheric and room temperature plasma，ARTP)诱变技术和紫外线照射对大肠杆菌（Escherichia coli）进行复合诱变，并结合异戊烯焦磷酸抗性筛选，得到一株β-法尼烯高产突变株，为β-法尼烯的工业化生产和应用奠定了良好的基础。同时，本研究表明ARTP-紫外复合诱变和异戊烯焦磷酸平板抗性筛选相结合的方法可以有效提高高产β-法尼烯突变株选育的效率，该技术可为其他次级代谢产物的高产菌株选育提供良好的借鉴。
摘要
【背景】大肠杆菌(Escherichia coli)由于生长性能优良、遗传背景清楚、遗传操作手段成熟，是合成β-法尼烯的合适生产菌，但其合成β-法尼烯的产量目前仍不能满足工业化生产的需求。
【目的】通过诱变筛选技术选育β-法尼烯高产突变株。
【方法】采用常压室温等离子体(atmospheric and room temperature plasma，ARTP)诱变技术和紫外线照射对出发菌株大肠杆菌EC-16进行复合诱变，并以异戊烯焦磷酸耐受性为选择压力进行平板初筛，之后进行摇瓶复筛，最后进行发酵罐验证。通过连续多代培养筛选到的高产突变菌株，观察其遗传稳定性。
【结果】经复合诱变选育筛选出一株β-法尼烯高产突变株E. coli HVK-9，其产量高达22.1 g/L，相比出发菌株提高了168.74%。
【结论】采用ARTP-紫外复合诱变，再结合异戊烯焦磷酸抗性筛选的集成方法，使得诱变菌株的正突变率大大提高，可以有效地提高诱变菌株的β-法尼烯产量。突变株HVK-9作为工业化发酵生产菌种具有较好的遗传稳定性，为β-法尼烯的工业化生产和应用奠定了良好的基础。
图1 ARTP诱变对菌株致死率和正突变率的影响(n=3)
Figure 1 Effects of ARTP treatment on lethality rate and positive mutagenesis rate (n=3)
图2 紫外诱变对菌株致死率和正突变率的影响(n=3)
Figure 2 Effects of UV treatment on lethality rate and positive mutagenesis rate (n=3)
图3 不同质量浓度的异戊烯焦磷酸对菌株生长的影响
Figure 3 Effects of different concentrations of IPP on the growth of strains
图4 复合诱变突变株β-法尼烯产量(n=3)
Figure 4 β-farnesene production of the mutants on ARTP-UV treatment (n=3)
图5 高密度发酵过程中出发菌株E. coli EC-16和突变株HVK-9、HVK-16、HVK-18的生长曲线
Figure 5 The growth curve of original strain E. coli EC-16 and mutants strains HVK-9, HVK-16, HVK-18 during high density fermentation
图6 发酵96 h后出发菌株E. coli EC-16和突变株HVK-9、HVK-16、HVK-18的β-法尼烯产量
Figure 6 β-farnesene production in original strain E. coli EC-16 and mutant strains HVK-9, HVK-16, HVK-18 after 96 h fermentation
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本期制作：赵彬涵
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