综合多组学与生理分析揭示ARTP诱变鞘氨醇单胞菌高产结冷胶的分子机制

本研究通过整合多组学（基因组重测序、转录组）与生理分析，揭示了ARTP诱变鞘氨醇单胞菌突变株（ATCC31461-M519）结冷胶产量提升59%的分子机制。研究发现双组分系统（TCS）通路中4个InDel突变基因和45个差异表达基因（DEGs）协同调控合成酶基因（gelS/gelC/gelE/gelG）显著上调（5.5-8.6倍）及裂解酶（gelR）下调（8.5倍），结合细胞形态增大（1.72倍）和膜通透性增强，共同促进结冷胶生物合成（分子量1.137×106 g/mol），为代谢工程改造提供了分子基础。

　　

Highlights

细菌菌株、培养基和培养条件

本研究使用来自美国典型培养物保藏中心（ATCC）的鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas paucimobilis）ATCC 31461及其突变株ATCC 31461-M519（Sun等，2022）。原始菌株在固体培养基、种子培养基和液体发酵培养基中培养，突变株采用优化后的发酵条件（w/v）：3%葡萄糖、0.46%豆粕添加量、0.63%接种量（v/v）和初始pH 7.5。

突变株ATCC31461-M519的表型特征

对高产突变株ATCC31461-M519与原始菌株ATCC31461的关键表型参数进行了对比分析，包括菌株生物量、发酵液粘度、结冷胶产量、细胞形态和细胞膜通透性（图1，图2），为该菌株的工业化生产提供了理论与应用基础。

与原始菌株ATCC31461相比，突变株在5升发酵罐中的结冷胶产量显著提高59.0%，糖胶转化效率增强，细胞尺寸增大（长度增加1.72倍），细胞通透性提升。值得注意的是，其官能团组成、单糖谱（葡萄糖:鼠李糖:葡萄糖醛酸=2.45:1:0.81）和分子量（1.137×10⁶ g/mol）保持不变。

Conclusion

由于结冷胶产量较低且其生物合成机制不明确，本研究通过整合多组学和生理学分析探索了结冷胶生物合成增强的潜在分子机制。研究全面分析了ARTP诱导的高产结冷胶突变株ATCC31461-M519的表型、结冷胶特性及其生物合成分子机制。与原始菌株相比，突变株表现出产量显著提升、细胞形态改变和代谢通路重构，为通过遗传改造提高结冷胶产量提供了新见解。