2024年4月19日-20日，第一届Green Carbon青年编委会生物方向研讨会暨“合成生物技术与绿色生物制造——高版本底盘工程”学术沙龙在青岛召开。大连理工大学赵宗保教授应邀出席并作题为“圆红酵母——脂质生物制造底盘研究”的特邀报告。
圆红酵母——脂质生物制造底盘研究
背景介绍
生物油脂广泛应用于食品、生物能源、功能材料及医药化工等领域。我国油脂资源长期短缺，进口依存度高，而油料作物的种植受到耕地资源等刚性条件的约束，短时间内增产潜力有限。因此，通过构建微生物细胞工厂实现油脂高效生产，对解决油脂生产不足有重要意义。在本次特邀报告中，赵宗保教授系统介绍了将圆红酵母改造为脂质生物制造底盘的系列研究进展。内容包括注释高质量基因组、解析油脂积累分子基础、建立菌株遗传操作体系，并展示了不同工程菌株的性状特点，满足不同场景的应用需求。赵宗保教授及其团队的研究工作不仅为转化生物质高产油脂等代谢物奠定了科学基础，还有望建立不依赖油料作物的酵母油脂生产技术，颠覆传统植物油料生产工艺，解决油脂资源短缺问题。
赵宗保教授在“合成生物技术与绿色生物制造——高版本底盘工程”学术沙龙上作特邀报告
报告内容
圆红酵母系统生物学研究
圆红酵母属于担子菌门异宗配合型真菌，为了便于进行基因工程改造，赵宗保教授团队分离得到单倍体菌株NP11，并通过多组学方法高质量注释了单倍体基因组，发现其蛋白质编码基因数比酿酒酵母多约35%，暗示其具备更大的代谢空间。该基因组注释数据成为国际上产油酵母基础研究的重要参考，被广泛应用于产油酵母基因组解析、脂代谢系统生物学和基因工程改造研究。
赵宗保教授团队在高质量注释基因组的指导下，结合转录组、蛋白质组和代谢物组分析，揭示了菌株在氮或磷限制下，调控油脂积累的关键机制。确定腺苷酸在氮或磷限制下，经过不同降解途径，失去激活异柠檬酸脱氢酶的功能，导致三羧酸循环被抑制、脂肪酸合成和油脂积累代谢上调。
开发高效的圆红酵母遗传操作方法
赵宗保教授团队系统研究了圆红酵母的遗传操作体系，表征了圆红酵母内源启动子、终止子和结构基因等新功能元件，建立了电转化、农杆菌介导转化和醋酸锂介导的化学转化方法，建立了基于2A序列的多基因共表达方法，最多可以同时串联表达四个基因。
建立了基于CRISPR-Cas9的基因编辑平台，可以实现圆红酵母多基因编辑。基于已建立的Cas9介导同源重组方法，基因编辑效率可以提升至80%以上。
构建系列工程菌株
赵宗保教授介绍，团队通过构建系列工程菌株，显著改善了菌株的脂质组成谱、细胞壁通透性、摄氧性能和抗逆性。利用已经建立的高效遗传操作方法，对甘油三酯（TAG）和甘油二脂（DAG）合成相关基因进行调控，改善了菌株脂质组成谱；通过表达糖苷水解酶Man5C弱化细胞壁通透性，实现高效湿法提油的同时保持菌株油脂生产性能；通过过表达细菌来源血红蛋白VHb，显著提升低氧条件下工程菌株的油脂产量和得率；通过过表达过氧化物酶，显著提升工程菌株的木质素降解产物耐受性能，生物量和油脂产能得到提升。
专家介绍
赵宗保 教授
赵宗保，大连理工大学生物工程学院教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，国务院政府特殊津贴专家，辽宁省“兴辽英才计划”科技创新领军人才，中国化学会高级会员，中国化工学会生物化工专委会副主任委员，辽宁省可再生能源学会副会长，学术期刊FEMS Yeast Research和Bioresources and Bioprocessing编辑。主要从事生物转化技术、合成生物技术和化学生物学研究，代表性研究包括：微生物油脂技术及生物质炼制、产油酵母系统生物学及其工程化改造、非天然辅酶及能量代谢工程等。已在Nature, Nature Chemical Biology, Nature Communications, Journal of the American Chemical Society和Bioresources Technology等学术刊物上发表论文280余篇，授权发明专利60余件。曾获辽宁省自然科学二等奖、大连市技术发明一等奖和中国药学会科学技术一等奖等学术奖项。曾获中国科学院“引进国外杰出人才”、辽宁省“优秀科技工作者”、中国可再生能源学会“优秀科技工作者”和大连市劳动模范等荣誉。
原文链接
赵宗保教授与Green Carbon丨圆红酵母——脂质生物制造底盘研究
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