一种磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶突变体及其应用
文献发布时间:2023-06-19 18:32:25
技术领域
本发明涉及基因工程技术领域,尤其涉及一种磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶突变体及其应用。
背景技术
三羧酸循环是需氧生物体内普遍存在的代谢途径,其中的某些中间产物是合成生物体中重要有机物的前提,例如草酰乙酸(OAA)是天冬氨酸族氨基酸合成的碳架,α-酮戊二酸是谷氨酸族氨基酸合成的碳架,当三羧酸循环的中间产物用于合成有机物的合成时,生物体会启动回补途径以确保三羧酸循环可以正常运行。
谷氨酸棒杆菌有两条回补途径,分别是磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC,ppc编码)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)生成草酰乙酸(OAA),以及丙酮酸羧化酶(PC,pyc编码)催化丙酮酸生成草酰乙酸。这两种回补途径对于菌株的氨基酸代谢具有重要的影响。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题,本发明提供一种磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶突变体及其应用。
第一方面,本发明提供一种磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶突变体,所述磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶突变体为磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的氨基酸序列中经过如下任意一种或多种突变得到:
第27位由谷氨酸突变为天冬氨酸、第34位由谷氨酰胺突变为精氨酸、第85位由酪氨酸突变为组氨酸、第180位由异亮氨酸突变为亮氨酸、第303位由赖氨酸突变为谷氨酸、第360位由苏氨酸突变为丙氨酸、第408位由丙氨酸突变为丝氨酸、第542位由谷氨酰胺突变为精氨酸、第634位由精氨酸突变为赖氨酸、第840位由精氨酸突变为组氨酸。
进一步地,所述磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的氨基酸序列包括如SEQ ID NO.1所示的序列(由SEQ ID NO.3所示的核苷酸序列编码得到)。
进一步地,所述磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶突变体的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示,由如SEQ ID NO.4所示核苷酸编码得到。本发明进一步用于编码所述磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶突变体的核酸。
第二方面,本发明提供一种重组微生物,所述重组微生物中,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的氨基酸序列发生如下突变中的任意一种或多种:
第27位由谷氨酸突变为天冬氨酸、第34位由谷氨酰胺突变为精氨酸、第85位由酪氨酸突变为组氨酸、第180位由异亮氨酸突变为亮氨酸、第303位由赖氨酸突变为谷氨酸、第360位由苏氨酸突变为丙氨酸、第408位由丙氨酸突变为丝氨酸、第542位由谷氨酰胺突变为精氨酸、第634位由精氨酸突变为赖氨酸、第840位由精氨酸突变为组氨酸。
进一步地,所述磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶突变体的氨基酸序列包括如SEQ IDNO.1所示的序列。
进一步地,所述微生物为谷氨酸棒杆菌、大肠杆菌或黄色短杆菌。
本发明优选实施例中使用的出发菌株MHZ-0112-8为谷氨酸产生菌,保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.11941,公开于中国专利CN202011285971.7。
出发菌株MHZ-0513-3为谷氨酰胺产生菌,保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.13405,公开于中国专利CN201611250325.0。
出发菌株MHZ-0701为脯氨酸产生菌,保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.13757,公开于中国专利CN201710385500.5。
本发明进一步提供所述磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶突变体或所述核酸在提高菌株氨基酸产量中的应用。
进一步地,所述菌株为谷氨酸棒杆菌、大肠杆菌或黄色短杆菌;和/或,
所述氨基酸为谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、鸟氨酸、精氨酸、瓜氨酸或羟脯氨酸中的一种或多种。
本发明进一步提供所述重组微生物在生产氨基酸中的应用;优选为在生产谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、鸟氨酸、精氨酸、瓜氨酸或羟脯氨酸中的一种或多种中的应用。
本发明的有益效果如下:
本发明提供了一种磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶突变体,包括多个位点的突变,将该突变体应用于菌株中时,发现在这些位点发生突变时,其谷氨酸、谷氨酰胺和脯氨酸的产量显著提高。
具体地,菌株MHZ-0112-8/pXMJ19-ppc10与MHZ-0112-8/pXMJ19-ppc相比,谷氨酸产量从35.8g/L提高到39.9g/L,产酸提高11.5%;将质粒pXMJ19-ppc10和pXMJ19-ppc转化到谷氨酸棒杆菌MHZ-0513-3,菌株MHZ-0513-3/pXMJ19-ppc10与MHZ-0513-3/pXMJ19-ppc相比,谷氨酰胺产量从28.8g/L提高到32.3g/L,产酸提高12.2%;将质粒pXM J19-ppc10和pXMJ19-ppc转化到谷氨酸棒杆菌MHZ-0701,菌株MHZ-0701/pXMJ19-ppc10与MHZ-0701/pXMJ19-ppc相比,脯氨酸产量从38.3g/L提高到40.6g/L,产酸提高6%。由此可见ppc10中点突变E27D、Q34R、Y85H、I180L、K303E、T360A、A408S、Q542R、R634K、R840H有利于谷氨酸的生产。
本发明提供的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶突变体不仅能促进谷氨酸生产,还能促进谷氨酸衍生物谷氨酰胺、脯氨酸的生产,显而易见,可将该突变应用于其他谷氨酸棒杆菌、大肠杆菌等宿主菌中,用于生产谷氨酸其他衍生物,例如鸟氨酸、精氨酸、瓜氨酸、羟脯氨酸等。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例中涉及的引物名称及序列如表1(SEQ ID NO.5-8)所示。
表1引物序列
实施例中未注明具体技术或条件者,按照本领域内的文献所描述的技术或条件,或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1构建磷酸烯醇式丙酮酸突变体文库
1、本发明首先采用易错PCR的方法构建磷酸烯醇式丙酮酸突变体文库。本发明采用的易错PCR体系为:每50μL体系添加5μL 10×易错PCR缓冲液(100mmol/L Tris-HCl pH8.3,500mmol/L KCl,1%Triton,20mmol/LMgCl
2、构建ppc表达质粒:所得ppc突变体片段经琼脂糖凝胶回收试剂盒(天根)纯化,然后利用XmaI进行消化,同时将pXMJ19利XmaI进行消化,并用FastAP去磷酸化,将用T4DNA连接酶(TransGen Biotech)将片段与载体进行连接,转化Trans1T1感受态细胞(TransGenBiotech),挑取卡那抗性克隆,XmaI酶切鉴定得到片段插入pXMJ19的阳性克隆,进一步通过用P1/P2引物测序(Invitrogen公司)鉴定插入的片段正确。将所得到的质粒命名为pXMJ19-ppcX,X=1,2,3…n。
实施例2 MHZ-0112-8/pXMJ19-ppcX突变菌株构建及生产谷氨酸性能
本实施例将质粒pXMJ19-ppcX电转到MHZ-0112-8,获得菌株MHZ-0112-8/pXMJ19-ppcX,然后进行摇瓶发酵,检测谷氨酸产量。
1、发酵验证谷氨酸产量的方法:将冻存于-80℃甘油管中的菌株接种于斜面培养基中进行活化,于31.5℃下培养24h后长出菌苔,从新鲜活化的斜面上挑取菌苔,接种于种子培养基中,于31.5℃,220rpm下振荡培养至对数生长中后期(12h左右),制得种子液,以10%的接种量将上述种子液接种至装有20ml发酵培养基的500ml摇瓶中,在31.5℃,振荡培养。在糖被完全消耗之后,测定培养基中积累的L-谷氨酸的浓度。结果如表2所示(OD
2、培养基配方如下:
斜面培养基:酵母粉5g/L,牛肉膏10g/L,蛋白胨10g/L,氯化钠10g/L,琼脂粉2.5g/L,pH 7.0-7.2,121℃0.1MPa灭菌30min;
种子培养基:葡萄糖25g/L,尿素3g/L,K
发酵培养基:葡萄糖60g/L,硫酸铵15g/L,KH
表2突变菌株谷氨酸含量检测
结果显示,菌株MHZ-0112-8/pXMJ19-ppc10的谷氨酸产量显著提高,与MHZ-0112-8/pXMJ19-ppc相比,谷氨酸含量从35.8g/L提高到39.9g/L,产酸提高11.5%,说明表达ppc10突变后,菌株的谷氨酸产量显著提高。
本发明进一步对质粒pXMJ19-ppc10进行测序,结果表明,其氨基酸突变位点分别为E27D、Q34R、Y85H、I180L、K303E、T360A、A408S、Q542R、R634K和R840H。
实施例3 MHZ-0513-3/pXMJ19-ppc10突变菌株构建及生产谷氨酰胺的性能
本实施例进一步将实施例2挑选出的质粒pXMJ19-ppc10转入谷酰产生菌MHZ-0513-3,构建菌株MHZ-0513-3/pXMJ19-ppc10,随后进行摇瓶发酵,检测谷氨酰胺含量。
1、发酵验证谷氨酰胺产量的方法:将冻存于-80℃甘油管中的菌株接种于上述斜面培养基中进行活化,于33℃下培养24h后长出菌苔,从新鲜活化的斜面上挑取菌苔,接种于上述种子培养基中,于33℃,100rpm下振荡培养至对数生长中后期,培养时间为5h,制得种子液,以10%的接种量将上述种子液接种至装有20ml发酵培养基的500ml摇瓶中,在33℃,150rpm振荡培养48h。结果如表3所示(OD
2、培养基配方如下:
斜面培养基:脑心浸液37g/L,琼脂1.8%,121℃0.1MPa灭菌20min;
种子培养基为:葡萄糖50g/L,尿素5g/L,KH
发酵培养基为:葡萄糖90g/L,(NH4)
表3突变菌株谷氨酰胺含量检测
菌株MHZ-0513-3/pXMJ19-ppc10与MHZ-0513-3/pXMJ19-ppc比,谷氨酰胺含量从28.8g/L提高到32.3g/L,产酸提高12.2%,说明ppc基因突变为ppc10后,不仅利于提高谷氨酸产量,还有利于谷氨酰胺的生产。
实施例4 MHZ-0701/pXMJ19-ppc10突变菌株的构建及生产脯氨酸的性能
本实施例进一步将质粒pXMJ19-ppc10转入脯氨酸产生菌MHZ-0701,构建菌株MHZ-0701/pXMJ19-ppc10,随后进行摇瓶发酵,检测脯氨酸含量。
1、培养基配方如下:
种子活化培养基:酵母提取物1%,蛋白胨1%,氯化钠0.5%,葡萄糖0.5%,琼脂2%,pH 7.2。
种子培养基:玉米浆2.5%,葡萄糖1.0%,硫酸铵0.4%,硫酸镁0.05%,磷酸二氢钾0.1%,尿素0.1%,CaCO
发酵培养基:玉米浆0.6%,葡萄糖12.0%,硫酸铵3.7%,硫酸镁0.05%,磷酸二氢钾0.1%,CaCO
2、培养流程如下:
(1)种子培养:挑取MHZ-0701、MHZ-0701/pXMJ19-ppc、MHZ-0701/pXMJ19-ppc10斜面种子1环接至装有20mL种子培养基的500mL三角瓶中,33℃,220r/min振荡培养16-22h。
(2)发酵培养:将2mL种子液接种至装有20mL发酵培养基的500mL三角瓶中,33℃、220r/min振荡培养72h。
(3)取1mL发酵液离心(12000rpm,2min),收集上清液,用HPLC检测工程菌与对照菌发酵液中的L-脯氨酸含量,其浓度如下表4所示:
表4突变菌株脯氨酸含量检测
菌株MHZ-0701/pXMJ19-ppc10与菌株MHZ-0701/pXMJ19-ppc相比,脯氨酸产量从38.3g/L提高到40.6g/L,产酸提高6.0%。
综合以上实施例中的结果可以看出,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶中含有点突变E27D、Q34R、Y85H、I180L、K303E、T360A、A408S、Q542R、R634K、R840H,有利于谷氨酸、谷氨酰胺和脯氨酸的合成和生产,显而易见,可将该突变应用于其他谷氨酸棒杆菌、大肠杆菌等宿主菌中,用于生产谷氨酸其他衍生物,例如鸟氨酸、精氨酸、瓜氨酸、羟脯氨酸等。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
序列表
<110> 梅花(上海)生物科技有限公司
<120> 一种磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶突变体及其应用
<130> KHP211117887.6
<160> 8
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 919
<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
Met Thr Asp Phe Leu Arg Asp Asp Ile Arg Phe Leu Gly Gln Ile Leu
1 5 10 15
Gly Glu Val Ile Ala Glu Gln Glu Gly Gln Glu Val Tyr Glu Leu Val
20 25 30
Glu Gln Ala Arg Leu Thr Ser Phe Asp Ile Ala Lys Gly Asn Ala Glu
35 40 45
Met Asp Ser Leu Val Gln Val Phe Asp Gly Ile Thr Pro Ala Lys Ala
50 55 60
Thr Pro Ile Ala Arg Ala Phe Ser His Phe Ala Leu Leu Ala Asn Leu
65 70 75 80
Ala Glu Asp Leu Tyr Asp Glu Glu Leu Arg Glu Gln Ala Leu Asp Ala
85 90 95
Gly Asp Thr Pro Pro Asp Ser Thr Leu Asp Ala Thr Trp Leu Lys Leu
100 105 110
Asn Glu Gly Asn Val Gly Ala Glu Ala Val Ala Asp Val Leu Arg Asn
115 120 125
Ala Glu Val Ala Pro Val Leu Thr Ala His Pro Thr Glu Thr Arg Arg
130 135 140
Arg Thr Val Phe Asp Ala Gln Lys Trp Ile Thr Thr His Met Arg Glu
145 150 155 160
Arg His Ala Leu Gln Ser Ala Glu Pro Thr Ala Arg Thr Gln Ser Lys
165 170 175
Leu Asp Glu Ile Glu Lys Asn Ile Arg Arg Arg Ile Thr Ile Leu Trp
180 185 190
Gln Thr Ala Leu Ile Arg Val Ala Arg Pro Arg Ile Glu Asp Glu Ile
195 200 205
Glu Val Gly Leu Arg Tyr Tyr Lys Leu Ser Leu Leu Glu Glu Ile Pro
210 215 220
Arg Ile Asn Arg Asp Val Ala Val Glu Leu Arg Glu Arg Phe Gly Glu
225 230 235 240
Gly Val Pro Leu Lys Pro Val Val Lys Pro Gly Ser Trp Ile Gly Gly
245 250 255
Asp His Asp Gly Asn Pro Tyr Val Thr Ala Glu Thr Val Glu Tyr Ser
260 265 270
Thr His Arg Ala Ala Glu Thr Val Leu Lys Tyr Tyr Ala Arg Gln Leu
275 280 285
His Ser Leu Glu His Glu Leu Ser Leu Ser Asp Arg Met Asn Lys Val
290 295 300
Thr Pro Gln Leu Leu Ala Leu Ala Asp Ala Gly His Asn Asp Val Pro
305 310 315 320
Ser Arg Val Asp Glu Pro Tyr Arg Arg Ala Val His Gly Val Arg Gly
325 330 335
Arg Ile Leu Ala Thr Thr Ala Glu Leu Ile Gly Glu Asp Ala Val Glu
340 345 350
Gly Val Trp Phe Lys Val Phe Thr Pro Tyr Ala Ser Pro Glu Glu Phe
355 360 365
Leu Asn Asp Ala Leu Thr Ile Asp His Ser Leu Arg Glu Ser Lys Asp
370 375 380
Val Leu Ile Ala Asp Asp Arg Leu Ser Val Leu Ile Ser Ala Ile Glu
385 390 395 400
Ser Phe Gly Phe Asn Leu Tyr Ala Leu Asp Leu Arg Gln Asn Ser Glu
405 410 415
Ser Tyr Glu Asp Val Leu Thr Glu Leu Phe Glu Arg Ala Gln Val Thr
420 425 430
Ala Asn Tyr Arg Glu Leu Ser Glu Ala Glu Lys Leu Glu Val Leu Leu
435 440 445
Lys Glu Leu Arg Ser Pro Arg Pro Leu Ile Pro His Gly Ser Asp Glu
450 455 460
Tyr Ser Glu Val Thr Asp Arg Glu Leu Gly Ile Phe Arg Thr Ala Ser
465 470 475 480
Glu Ala Val Lys Lys Phe Gly Pro Arg Met Val Pro His Cys Ile Ile
485 490 495
Ser Met Ala Ser Ser Val Thr Asp Val Leu Glu Pro Met Val Leu Leu
500 505 510
Lys Glu Phe Gly Leu Ile Ala Ala Asn Gly Asp Asn Pro Arg Gly Thr
515 520 525
Val Asp Val Ile Pro Leu Phe Glu Thr Ile Glu Asp Leu Gln Ala Gly
530 535 540
Ala Gly Ile Leu Asp Glu Leu Trp Lys Ile Asp Leu Tyr Arg Asn Tyr
545 550 555 560
Leu Leu Gln Arg Asp Asn Val Gln Glu Val Met Leu Gly Tyr Ser Asp
565 570 575
Ser Asn Lys Asp Gly Gly Tyr Phe Ser Ala Asn Trp Ala Leu Tyr Asp
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Ala Glu Leu Gln Leu Val Glu Leu Cys Arg Ser Ala Gly Val Lys Leu
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Arg Leu Phe His Gly Arg Gly Gly Thr Val Gly Arg Gly Gly Gly Pro
610 615 620
Ser Tyr Asp Ala Ile Leu Ala Gln Pro Arg Gly Ala Val Gln Gly Ser
625 630 635 640
Val Arg Ile Thr Glu Gln Gly Glu Ile Ile Ser Ala Lys Tyr Gly Asn
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660 665 670
Glu Ala Ser Leu Leu Asp Val Ser Glu Leu Thr Asp His Gln Arg Ala
675 680 685
Tyr Asp Ile Met Ser Glu Ile Ser Glu Leu Ser Leu Lys Lys Tyr Ala
690 695 700
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820 825 830
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<211> 919
<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
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gatatcgcca agggcaacgc cgaaatggat agcctggttc aggttttcga cggcattact 180
ccagccaagg caacaccgat tgctcgcgca ttttcccact tcgctctgct ggctaacctg 240
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ccggacagca ctcttgatgc cacctggctg aaactcaatg agggcaatgt tggcgcagaa 360
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aacccttatg tcaccgcgga aacagttgag tattccactc accgcgctgc ggaaaccgtg 840
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atgaataagg tcaccccgca gctgcttgcg ctggcagatg cagggcacaa cgacgtgcca 960
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<211> 2760
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
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- 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶在提高再生稻再生率和再生季产量中的应用
- 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶在提高再生稻再生率和再生季产量中的应用