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。

图4 SNF1和MetK1过表达对酵母糖酵解代谢的影响
A~B：5%和10%葡萄糖中酵解中间代谢产物积累水平；C~D： 5%和10%葡萄糖中糖酵解代谢途径相关基因表达水平；不同小写字母表示不同菌株间在 P<0.05水平差异显著

为探究上述重组菌葡萄糖利用率提高的原因，考察重组菌糖酵解代谢途径中间代谢产物积累水平和相关基因表达水平的变化，结果（图4A）发现，在5%葡萄糖中，YPSNF1和YPSNF1-MetK1胞内G6P水平分别为0.32和0.28 g·L-1，较出发菌株2842分别提高45.5%和27.3%；YPSNF1和YPSNF1-MetK1胞内FBP水平分别为0.43和0.37 g·L-1，较出发菌株2842菌株分别提高95.5%和68.2%，且胞内PY水平较出发菌株2842分别增长88.9%和61.1%，乙酰辅酶A水平分别提高34.4%和18.8%。同样的现象在10%葡萄糖中更为显著（图4B）。YPMetK1菌株在5%葡萄糖中的G6P、FBP、PY和乙酰辅酶A水平较出发菌株2842显著降低，表明 MetK1的引入有利于这些代谢中间产物定向到SAM合成；YPMetK1菌株在10%葡萄糖中，上述中间产物较出发菌株2842有所下降，但差异不显著，可能与葡萄糖水平较高有关。

由图4C和D可知，虽然YPSNF1、YPSNF1-MetK1菌株的 PYK和 ALD6相对表达水平在5%葡萄糖中差异不显著，但在5%和10%葡萄糖组中，YPSNF1、YPSNF1-MetK1菌株 HXT1、 HXK1、 HXK2、 PFK1、 TDH1、 PGK1、 PYK、 ALD6和 ACS1基因的相对表达量较2842均显著提高，尤其是在10%葡萄糖中，在YPSNF和YPSNF1-MetK1菌株中上述基因的表达水平增加更为显著。然而与5%葡萄糖组相比，YPMetK1菌株在10%葡萄糖中相关基因表达水平并未呈现出显著的提高，除 TDH1和 ACS1基因外，其他基因表达水平均下降（图4C和D）。由此表明， SNF1的过表达能够显著提高酿酒酵母糖酵解相关基因的表达水平，进而显著提高细胞内糖酵解中间体水平，而 MetK1的引入有利于这些代谢中间产物定向到SAM合成。