阿拉伯糖途径基因密码子优化提高酵母代谢阿拉伯糖能力

德国E.boles教授之前基于异构化途径构建了阿拉伯糖酿酒酵母，但是表型不好。基于途径推测第一个酶即阿拉伯糖异构酶是限速步骤，同时发现表达araA的质粒拷贝数要比表达其它基因的质粒拷贝数高，这也暗示araA是代谢阿拉伯糖的关键。为了进一步提高酿酒酵母阿拉伯糖代谢能力，研究人员从araA基因入手，希望发现更高效的基因来源。

研究人员测试了地衣芽孢杆菌、丙酮丁醇梭菌、戊糖片球菌、植物乳杆菌和肠膜明串珠菌来源的阿拉伯糖异构酶基因。将其克隆到酵母质粒，置于强启动子HXT7之后表达，导入酵母，该酵母同时包含代谢阿拉伯糖所需的其它基因，测试阿拉伯糖条件生长，发现包含地衣芽孢杆菌和丙酮丁醇梭菌来源的araA菌株生长优于包含枯草芽孢杆菌来源，33hOD可达到4，此时对照菌株为1，且需要额外20h才能达到4。所有菌株的最大比生长速率是一样的。

由于测定酶活比较困难，研究人员采用western
blot方式测定各酶表达。发现地衣芽孢杆菌的araA表达量要低于丙酮丁醇梭菌和枯草芽孢杆菌的araA，暗示该来源酶活更高。进一步比较密码子偏好指数发现，丙丁来源的araA最接近酵母自身，CAI指数为0.12，地衣芽孢杆菌为0.063。

结合以上信息，研究人员选择地衣芽孢杆菌来源的araA作为后续菌株构建的基础，同时将araB和araD基因一并进行密码子优化，使用和糖酵解基因相同的密码子偏好，相关质粒导入酵母，最终获得菌株BWY1-4S，对照菌株为BWY1-4M。发现相比于对照菌株，BWY1-4S最大比生长速率为0.11，对照为0.08。单独优化araB和araD没有作用。组合优化araB和araD，单独优化araA，表型同全优化相当。

最后研究人员测试了BWY1-4S菌株的发酵表型，在含20g/L阿拉伯糖培养基中，相比于对照菌株BWY1-4M，阿拉伯糖代谢速率由0.08
g h-1g(dry weight)-1提高到0.11 g h-1g(dry
weight)-1。150h后糖吃完，对照200h之后还残留3g/L。乙醇得率分别为0.39和0.24。

总的来说，araA基因表达异构酶是阿拉伯糖代谢的限速步骤，将阿拉伯糖代谢途径基因进行密码子优化有助于表型提高，全优化表型没有进一步提升原因不明。同时更好地菌株表型依赖驯化。

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