Effects of metabolic pathway gene copy numbers on the biosynthesis of (2S)-naringenin in Saccharomyces cerevisiae

柚皮素 代谢途径 类黄酮生物合成 代谢工程 生物化学 类黄酮 基因 化学 酿酒酵母 生物 基因表达 转录组 抗氧化剂
作者
Hongbiao Li,Song Gao,Siqi Zhang,Weizhu Zeng,Jingwen Zhou
出处
期刊:Journal of Biotechnology [Elsevier]
卷期号:325: 119-127 被引量:52
标识
DOI:10.1016/j.jbiotec.2020.11.009
摘要

Flavonoids have notable biological activities and have been widely used in the medicinal and chemical industries. However, single-copy integration of heterologous pathway genes limits the production of flavonoids. In this work, we designed and constructed single-step integration of multiple flavonoid (2S)-naringenin biosynthetic pathway genes in S. cerevisiae. The efficiency of the naringenin metabolic pathway gene integration into the rDNA site reached 93.7%. Subsequently, we used a high titer p-coumaric acid strain as a chassis, which eliminated feedback inhibition of tyrosine and downregulated the competitive pathway. The results indicated that increasing the supply of p-coumaric acid was effective for naringenin production. We additionally optimized the amount of donor DNA. The optimum strain produced 149.8 mg/L of (2S)-naringenin. The multi-copy integration of flavonoid pathway genes effectively improved (2S)-naringenin production in S. cerevisiae. We further analyzed the copy numbers and expression levels of essential genes (4CL and CHS) in the (2S)-naringenin metabolic pathway by qPCR. Higher copy numbers of the (2S)-naringenin metabolic pathway genes were associated with greater 4CL and CHS transcription, and the efficiency of naringenin production was higher. Therefore, multi-copy integration of genes in the (2S)-naringenin metabolic pathway was imperative in rewiring p-coumaric acid flux to enhance flavonoid production.
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