陈海龙, 戴佳良, 邓晶, 高新星, 朱官兴, 何清明, 朱年青

中国农业科技导报 2025, 27 (10): 84-94. DOI:10.13304/j.nykjdb.2024.0747

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S-腺苷-L-甲硫氨酸（S-adenosyl-L-methionine，SAM）是生物体内重要的生理活性物质。通过调控酿酒酵母的葡萄糖效应而将碳通量定向到SAM合成是细胞工厂的挑战。以酿酒酵母CGMCC 2842（2842）为出发菌，过表达SNF1基因调控葡萄糖效应并引入利士曼原虫（Leishmania infantum）SAM合成酶基因MetK1。结果发现，SNF1过表达可提高糖酵解相关基因表达水平和葡萄糖利用率，进而改善糖酵解中间体水平；提高ACS1、ALD6表达及乙醇脱氢酶2（alcoholdehy drogenase 2，ADH2）活性，可促进发酵液中的乙醇转化为乙酰辅酶A；还增强了SAM前体氨基酸及含硫氨基酸代谢相关基因表达水平。异源MetK1引入可有效定向碳代谢到SAM合成。重组菌YPSNF1-MetK1菌株的SAM产量达1.90 g·L^-1，较出发菌株2842产量提高251.85%。以上研究结果为酵母葡萄糖效应调控及其应用奠定理论基础。

S-腺苷-L-甲硫氨酸（S-adenosyl-L-methionine，SAM）是生物体内重要的生理活性物质。通过调控酿酒酵母的葡萄糖效应而将碳通量定向到SAM合成是细胞工厂的挑战。以酿酒酵母CGMCC 2842（2842）为出发菌，过表达SNF1基因调控葡萄糖效应并引入利士曼原虫（Leishmania infantum）SAM合成酶基因MetK1。结果发现，SNF1过表达可提高糖酵解相关基因表达水平和葡萄糖利用率，进而改善糖酵解中间体水平；提高ACS1、ALD6表达及乙醇脱氢酶2（alcoholdehy drogenase 2，ADH2）活性，可促进发酵液中的乙醇转化为乙酰辅酶A；还增强了SAM前体氨基酸及含硫氨基酸代谢相关基因表达水平。异源MetK1引入可有效定向碳代谢到SAM合成。重组菌YPSNF1-MetK1菌株的SAM产量达1.90 g·L-1，较出发菌株2842产量提高251.85%。以上研究结果为酵母葡萄糖效应调控及其应用奠定理论基础。

为进一步展示葡萄糖利用的提高，计算10%葡萄糖处理中目标产物SAM对葡萄糖和细胞干重（DCW）的得率，结果（表2）发现，YPMetK1、YPSNF1和YPSNF1-MetK1菌株SAM对DCW得率分别为121.95、136.04和229.75 mg·g-1，较出发菌株2842分别提高68.3%、87.6%和216.8%；其SAM对葡萄糖得率分别为9.00、11.40和19.00 mg·g-1，较出发菌株2842分别提高68.3%、87.6%和216.8%。由此表明， SNF1的过表达和 MetK1的引入都显著改善了目标产物SAM对葡萄糖及DCW的得率，即 SNF1和 MetK1的过表达提高了酵母对葡萄糖的利用率。

研究表明， SNF1过表达可增强酵母对环境胁迫的响应，并改善葡萄糖利用[30,37?38]。另外，在酵母细胞乙醇脱氢酶中，ADH1、ADH3、ADH4和ADH5蛋白负责将乙醛还原为乙醇，而ADH2负责将乙醇氧化成乙醛。ADH2和6型乙醛脱氢酶（ALD6，由 ALD6基因编码）、1型乙酰辅酶A合成酶（ACS1，由 ACS1基因编码）协同催化乙醇转化为乙酰辅酶A[39?40]。当葡萄糖存在时，SNF1复合体抑制 ADH2表达；当葡萄糖耗尽时，SNF1复合体被激活，进而使得 ADH2解除抑制，表达出催化乙醇氧化的ADH2活性[39]。本研究发现， SNF1过表达可提高葡萄糖运输和糖酵解相关基因表达水平，葡萄糖利用率得到改善，进而提高糖酵解中间体水平；特别是在葡萄糖过量存在时， ACS1和 ALD6表达水平及ADH2活性增强，可促进发酵液中积累的乙醇转化为乙酰辅酶A；还增强了SAM前体氨基酸及含硫氨基酸代谢相关基因表达水平。综上表明， SNF1过表达的多重效应对于提高酵母胞内SAM合成表现出很大潜力。