發(fā)布日期：2018-12-21

　　適應性進化技術是目前備受矚目的菌種改良技術，該技術能夠有效的增強菌株的某種表型或者生理性狀，并且該育種技術會保留菌株原有的優(yōu)良性狀，不會出現(xiàn)基因工程育種技術造成的生長限制。

　　為了探究控制谷氨酸棒桿菌的生長和碳水化合物代謝的關鍵調(diào)控因子，研究人員在葡萄糖的基礎培養(yǎng)基中對野生型的谷氨酸棒桿菌（C. glutamicum ATCC 13032）進行了長達1500代的適應性進化。在馴化菌株中分離獲得了一株優(yōu)良菌株G15H，該菌株的生長速率比野生型菌株提高了42%，是迄今為止報道的最高水平（0.62 h-1）。

圖1谷氨酸棒桿菌適應性進化過程示意圖

　　為了考察G15H菌株與野生型菌株在基因水平上的表達差異，研究者對其進行了全基因組測序。結果表明在不同時期的馴化菌株中，多個基因發(fā)生了變化。其中，在轉(zhuǎn)錄因子GntR1表達中，70位的賴氨酸替換成了谷氨酸。在轉(zhuǎn)錄因子RamA表達中色氨酸替換了52位的丙氨酸。為了考察關鍵基因的變化對谷氨酸棒桿菌的影響，研究者將這種關鍵突變?nèi)藶榈囊浦驳揭吧途曛?，結果只有ramA的突變株產(chǎn)生變化，在生長速率上提高了20%。在敲除GGPS的基礎下，ramA突變株和gntR1突變株的生長都得到了明顯的改善，并且這兩個效果是相加的。因此研究者同時敲入這兩個突變基因，結果發(fā)現(xiàn)獲得的菌株DKI的生長速率達到了馴化菌株的水平（0.62 h-1）。

　　但是進一步研究發(fā)現(xiàn)，谷氨酸棒桿菌的生長改善并不是因為ramA和gntR1基因的失活導致的。為了考察這個現(xiàn)象，研究者從整個中心碳代謝上尋找關鍵信息，結果發(fā)現(xiàn)馴化菌株G15H和DKI菌株的磷酸戊糖代謝途徑的基因都被明顯上調(diào)，其中編碼葡萄糖酸通透酶（gntP）及葡萄糖酸激酶(gntK)的基因被分別上調(diào)了9倍和20倍。此外，發(fā)現(xiàn)G15H和DKI菌株的ATP/ADP的比值比野生菌株提高了25%。

　　有趣的是，獲得的菌株G15H和DKI不僅在葡萄糖培養(yǎng)基中具有高是生長速率，在果糖，木糖和蔗糖中也表現(xiàn)了較好的生長性能。并且該菌株還可以改善靜息細胞在厭氧條件下是生長性能，糖耗速率能達到30%。該成果近期發(fā)表在雜志《metabolic Engineering》上。

圖2不同馴化菌株的中心碳代謝的關鍵基因表達水平的差異

來源：科技部