青霉素形态代谢工程研究取得进展

中科院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所郑之明研究员及其科研团队承担的国家863课题围绕“形态基因－代谢活性－产率”的研究思路，将RNA干扰技术与形态代谢工程相结合，在产黄青霉形态代谢工程研究方面取得重要进展。

产黄青霉( Penicillium chrysogenum)是工业上用于发酵生产青霉素的重要真菌。作为丝状真菌，产黄青霉一般是通过菌丝延伸和分枝进行生长，但具体调控机制尚未完全了解。

菌丝形态差异直接影响青霉素发酵效价，这已成为工业上的共识。几丁质作为真菌细胞壁的主要成分，在决定顶端生长、分枝以及细胞壁分化等形态变化的相关过程中居核心地位。技术生物所项目组采用调控几丁质合成酶表达量、细胞壁几丁质含量、发酵过程中菌丝体形态，实现促进次生代谢产物的技术途径。

在郑之明指导下，博士研究生刘会将III类几丁质合成酶CHS4基因选为目的基因，构建干扰载体以研究chs4的基因功能。反转录PCR结果显示，各转化株中，chs4基因沉默的程度有所不同。摇瓶发酵发现，突变株与原始菌形态差异明显，其生长缓慢，菌丝短、分支多，所有转化株的孢子产生率相对于原始菌都有明显下降，这暗示着chs4在孢子形成中有重要作用。

放大发酵发现，大多数突变株菌丝生长较原始菌短小，膨胀、分支数增加，进入发酵后期，菌丝发生缠绕形成菌丝团甚至菌丝球。在一定范围内，青霉素产量与菌丝团紧密度呈正相关，与chs4表达量呈负相关，其中，干扰突变株PcRNAi2-1青霉素产量比原始菌提高41%。研究人员由此推断，chs4基因沉默影响了产黄青霉形态，使菌丝体发生短小、膨胀、分支增加等变化，而此种形态更有利于菌丝聚集成菌球，进一步降低了发酵液粘度，有利于物质传递，提高青霉素产量。

相关研究论文发表在Applied Microbiology and Biotechnology及Biotechnology Letters。文章评审人认为通过chs4影响菌丝体形态，尤其是分支数增加，是获得青霉素高产突变菌株一种有效、实用的研究思路。
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