Enhancing the Catalytic Activity of Geranylgeranyl Diphosphate Synthase through Ancestral Sequence Reconstruction and Semirational Design

蛋白质工程 ATP合酶 定向进化 化学 代谢工程 生物合成 突变体 生物化学 生物 基因
作者
Yidong Wang,Yunpeng Shen,Longyun Cao,Hao Li,Haifeng Li,Liping Song,Xintian Ma,Chen Dong
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.4c05029
摘要

Geranylgeranyl diphosphate synthase (GGPPS) is the crucial bottleneck in carotenoid biosynthesis. However, low activity limits the broad application of GGPPS. In this study, OsGGPPS1 in rice was engineered based on ancestral sequence reconstruction (ASR) and semirational design to improve the catalytic performances of existing GGPPS. The better mutant of A22R/A26P with improved enzyme activity was generated based on ASR. Additionally, the improved enzyme activity of mutants as V162A/M218S/F227Y was designed using a semirational design. The combinatorial assembly of the d-OsGGPPS1 mutant (A22R/A26P/V162A/M218S/F227Y) exhibited higher conversion of IPP and each cosubstrate of DMAPP for 9.8-fold in GPP production, GPP for 6.4-fold in FPP production, and FPP for 1.4-fold in GGPP production relative to wild-type OsGGPPS1 at 25 °C, which showed higher conversion than wild-type OsGGPPS1 at temperatures as high as 50 °C. The successful design of OsGGPPS1 was representative of protein engineering, which will shed new light on GGPPS engineering and active plant pigment resource utilization.
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