基于组学的磷酸甜菜碱与氯化胆碱对聚苹果酸合成影响研究
聚苹果酸是由产黑色素短梗霉（Aureobasidiummelanogenum）发酵产生的一种新型的高分子聚合物材料，近年来，聚苹果酸在医药、食品和环保等领域被广泛研究及应用。 本文以产黑色素短梗霉（Aureobasidiummelanogenum）BCSW-001作为出发菌株，研究不同生物碱对聚苹果酸产量的影响，首先，从生物碱中筛选出能够显著提高聚苹果酸产量与菌体量的磷酸甜菜碱与氯化胆碱，然后，采用响应面法对发酵培养基优化得到最佳配方，进行5L发酵罐验证与发酵工艺优化，最后，通过转录组学与代谢组学对产黑色素短梗霉发酵产聚苹果酸过程中胞内基因和代谢物的变化进行分析。实验结果如下： （1）通过研究不同种类生物碱对产黑色素短梗霉发酵过程中合成聚苹果酸的影响，发现添加磷酸甜菜碱与氯化胆碱具有提高聚苹果酸产量的作用，随后分别对磷酸甜菜碱、氯化胆碱与氮源硫酸铵的添加量进行了研究，研究发现磷酸甜菜碱的最适添加量为0.9g/L，氯化胆碱为0.9g/L，硫酸铵为1g/L，以最适添加量为中心点，进行响应面优化实验。在5L发酵罐上进行了验证实验，发现磷酸甜菜碱与氯化胆碱加入后，空白组产量为14.08±1.1g/L，实验组产量为38.1±1.2g/L，较空白组相对提升170.5%，对聚苹果酸发酵确实有促进作用，然后发酵条件进行优化，最后确定通风量8L/min,转速450r/min，发酵144h产量可达到61.33±1.3g/L。 （2）为比较磷酸甜菜碱与氯化胆碱对于菌体合成聚苹果酸基因表达的影响，本研究设置了三组实验组与一组空白组分别进行转录组学分析，转录组分析发现加入磷酸甜菜碱后，糖酵解路径中较多酶基因表达量上调，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶基因表达量提升，三羧酸循环中相关基因表达量提升，菌体的能量代谢增强，可促进苹果酸积累。分析发现加入氯化胆碱后，糖酵解路径得到加强，三羧酸循环路径中的酶基因上调，谷氨酸与乳酸、甘油等物质代谢过程基因的上调。天冬氨酸苹果酸穿梭作用中天冬氨酸转氨酶基因上调，同时苹果酸合成聚苹果酸过程中的NRPS酶的基因表达提升。分析发现菌体在加入磷酸甜菜碱与氯化胆碱后，转运糖的基因上调，糖酵解路径中较多关键酶基因表达量的升高，三羧酸循环过程中酶基因上调，三羧酸循环能力增强，促进了菌体生长所需能量的合成与苹果酸的积累。乙醛酸循环路径中的苹果酸合酶基因表达量提升，乙醛酸路径增强，磷酸烯醇式丙酮酸羧化路径也有所增强，苹果酸合成聚苹果酸的关键酶NPRS蛋白的基因表达量升高。 （3）为比较磷酸甜菜碱与氯化胆碱对于菌体合成聚苹果酸代谢过程的影响，本研究设置了三组实验组与一组空白组，基于GC-MS代谢组学技术对其进行检测与统计学分析。实验结果发现，加入磷酸甜菜碱后，对聚苹果酸合成的调控主要基中在果糖代谢过程，糖酵解过程，三羧酸循环过程，谷氨酸代谢过程与天冬氨酸代谢过程。有利于菌体生长与能量物质的合成，促进菌体内聚苹果酸的积累。氯化胆碱加入后，与空白组相比较，对聚苹果酸合成的调控主要集中在糖酵解过程，甘油分解代谢过程，乳酸代谢过程，谷氨酸代谢过程与三羧酸循环，加快菌体的能量循环，加强菌体对碳源物质的利用能力，减少了副产物的合成，更有利于聚苹果酸的合成。实验分析发现磷酸甜菜碱与氯化胆碱加入后，糖酵解过程受到上调作用，丙氨酸代谢过程加强，谷氨酸代谢过程与甘氨酸代谢过程的加强，促进了三羧酸循环途径与乙醛酸循环途径的加强，从而提高了聚苹果酸的产量。
聚苹果酸;磷酸甜菜碱;氯化胆碱;产黑色素短梗霉;发酵过程;代谢物变化
天津科技大学
硕士
轻工技术与工程
乔长晟
2022
中文
TQ920.1
2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）