发表杂志：Microb Cell Fact. 2018 Jun 13
DOI：10.1186/s12934-018-0940-9
通讯作者：叶邦策（华东理工大学教授，教育部“长江学者”特聘教授）
研究背景：
鸟氨酸是尿素循环的重要中间体，同时也是瓜氨酸、脯氨酸等生物合成的关键前体，在代谢中具有非常重要的作用。近年来，鸟氨酸在食品工业和医药工业上的应用日益广泛。
出发菌株为谷氨酸棒杆菌S9114的衍生菌SO1，后者系经过一系列代谢改造，可高产鸟氨酸。（SO1：S9114失活argF、ncgl1221、argR、putP，弱化odhA、proB、ncgl1228，过表达lysE、gdh、argCJBD）。
研究内容：
1、解除限速步骤：
前面文章表明合成途径基因argCJBD的过表达并不是精氨酸发酵的限速步骤，推测L-谷氨酸的乙酰化可能是其限速瓶颈。于是，本研究通过原位引入强启动子Ptac，过表达N-乙酰谷氨酸合成酶（由cg3035编码）。经测试，cg3035的mRNA水平和NAGS酶活分别提高了14.7和3.62倍，L-鸟氨酸产量提高了12.6%（由23.8g/L提高至26.8g/L）。
2、弱化乙酸合成途径：
前述实验已表明谷氨酸的乙酰化是主要限速瓶颈，因此，我们推测，乙酰辅酶A供应不足亦是导致L-鸟氨酸合成受阻的原因之一。因此，为增加前体乙酰辅酶A，需要阻止乙酰辅酶A的分流。乙酰辅酶A的主要分流去路为合成乙酸，通过在乙酸合成途径相关基因前插入终止子（T-pta，T-cat），下调乙酸合成相关基因的表达，使得改造菌的乙酸生成量降低了约2.5倍，L-鸟氨酸的产量提高了5-9%。
3、过表达EMP途经基因：
采用强启动子Peftu过表达EMP途径关键基因pfkA、gap、pyk，Peftu_ pfkA 改造菌的耗糖速率提高，L-鸟氨酸产量提高了11.2%。
4、组合1、2、3有效改造：
Ptac cg3035、Peftu pfkA、T-pta组合改造效果最佳，改造菌SO12发酵72h，L-鸟氨酸产量比出发菌SO1提高了21.8%（由23.8g/L提高至29g/L）。
5、增加NADPH供应：
合成1分子L-鸟氨酸需要2分子NADPH，因此，改善NADPH的供应对提高鸟氨酸积累非常关键。尝试了几种优化PP途径代谢流的策略（弱化pgi，强化tkt、zwf），L-鸟氨酸产量均有不同程度提高，最优组合改造菌SO16的L-鸟氨酸产量提高至32.38g/L，糖酸转化率0.395g/g。
Fig. 1：L-鸟氨酸代谢路径与改造策略
Tab. 3：不同谷棒改造菌产L-鸟氨酸情况比较
