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5 SNF1和MetK1过表达对酵母SAM前体氨基酸代谢的影响
A~B：分别为5%和10%葡萄糖组前体氨基酸积累水平；C~D：分别为5%和10%葡萄糖组前体氨基酸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

在生物体内，丝氨酸、天冬氨酸和含硫氨基酸代谢密切相关[19,23,32]。测定2842、YPSNF1、YPMetK1和YPSNF1-MetK1菌株胞内半胱氨酸（Cys）、天冬氨酸（Asp）、丝氨酸（Ser）和甲硫氨酸（Met）等氨基酸水平及其代谢相关基因表达水平，结果（图5）发现，在5%葡萄糖中，YPSNF1胞内Cys、Asp、Ser和Met水平较2842分别提高35.6%、61.2%、59.0%和16.9%； YPSNF1-MetK1胞内Cys、Asp、Ser和Met水平较2842分别提高18.0%、43.2%、41.9%和6.8%；而YPMetK1胞内Cys、Asp、Ser和Met水平较2842分别降低8.3%、6.3%、4.1%和12.3%（图5A）。这种现象在10%葡萄糖中表现更为显著（图5B）。

对这些氨基酸代谢相关的基因进行定量分析，结果（图5C和D）发现，除 SER1基因外，YPSNF1和YPSNF1-MetK1在5%葡萄糖中胞内的 SER33、 SER2、 MET17、 MET6和 SAM2基因转录水平较2842显著上调；而在10%葡萄糖中YPSNF1和YPSNF1-MetK1胞内的 SER33、 SER1、 SER2、 MET17、 MET6和 SAM2基因的转录水平较2842上调更显著。 SER33、 SER1和 SER2共同催化G3P转化为Ser，这是含硫氨基酸生物合成的关键节点。作为 SER33、 SER1、 SER2、 MET17、 MET6和 SAM2转录水平上调的结果，细胞内Ser、Asp、Cys和Met等SAM前体氨基酸在胞内的水平也增加。由此表明， SNF1过表达显著上调 SER33、 SER1、 SER2、 MET17、 MET6和 SAM2等相关基因转录水平，有利于酿酒酵母胞内Cys、Asp、Ser和Met的合成与积累；而 MetK1的引入则可以有效地将Cys、Asp、Ser和Met等前体氨基酸定向到SAM合成。