Phenotype-genotype mapping reveals the betaine-triggered L-arginine overproduction mechanism in Escherichia coli

甜菜碱 生物 生产过剩 基因 表型 代谢工程 遗传学 精氨酸 大肠杆菌 抄写(语言学) 生物化学 氨基酸 语言学 哲学
作者
Shuai Jiang,Heyun Wu,Zhuoyue Yao,Ran Li,Qian Ma,Xixian Xie
出处
期刊:Bioresource Technology [Elsevier]
卷期号:386: 129540-129540 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.biortech.2023.129540
摘要

The production phenotype improvement of industrial microbes is extremely needed and challenging. Environmental factors optimization provides insightful ideas to trigger the superior production phenotype by activating potential genetic determiners. Here, phenotype-genotype mapping was used to dissect the betaine-triggered L-arginine overproduction mechanism and mine beneficial genes for further improving production phenotype. The comparative transcriptomic analysis revealed a novel role for betaine in modulating global gene transcription. Guided by this finding, 4 novel genes (cynX, cynT, pyrB, and rhaB) for L-arginine biosynthesis were identified via reverse engineering. Moreover, the rhaB deletion was demonstrated as a common metabolic engineering strategy to improve ATP pool in E. coli. By combinatorial genes manipulation, the L-arginine titer and yield increased by 17.9% and 28.9% in a 5-L bioreactor without betaine addition. This study revealed the molecular mechanism of gene transcription regulation by betaine and developed a superior L-arginine overproducer that does not require betaine.
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