PNAS∣还原甘氨酸（rGly）途径和还原乙酰辅酶A（WL）途径的功能协作

“PNAS∣还原甘氨酸（rGly）途径和还原乙酰辅酶A（WL）

途径的功能协作”

文献信息：        

Yoseb Song, Jin Soo Lee, Jongoh Shin, Gyu Min Lee, Sangrak Jin, Seulgi Kang, Jung-Kul Lee, Dong Rip Kim, Eun Yeol Lee, Sun Chang Kim, Suhyung Cho, Donghyuk Kim, and Byung-Kwan Cho.

https://doi.org/10.1073/pnas.1912289117

Proceedings of the National Academy of 

Sciences 影响因子：12.779

背景介绍

在自然界的固碳途径中，线性的Wood-Ljungdahl途径（WLP）是最有效和反应数最少的，可以将CO₂转化为乙酰辅酶A。此外，还原甘氨酸途径（rGly）的固碳反应同样较少。rGly中关键酶甘氨酸合酶在许多菌中普遍存在，然而其是否在自养条件下发挥作用仍未可知。

在这里，作者经过完整的基因组序列分析、转录组分析、¹³C同位素追踪代谢分析、生化分析以及在一个食气菌中异源表达rGly等操作，重新构建了一个基因组代谢模型iSL771。

作者发现WLP和rGly途径可以更加有效地将CO₂转化为乙酰辅酶A、乙酰磷酸和丝氨酸。此外，这两个途径的功能合作，可以进一步降低食气菌自养生长的能量需求，显著提高CO₂的同化过程和工程细菌的生长速率。

图文解读

图1 Clostridium drakei的自养代谢途径对比。

（a）C. drakei与其他食气菌的WL途径和能量转换的蛋白的对比。

（b）C. drakei与其他食气菌的WL途径和rGly途径的蛋白的对比。

图2 C. drakei的尺度代谢网络模型（iSL771）的构建

（a）C. drakei胞内代谢通量的分析。

（b）C. pyrenoidosa野生型和敲除菌株中CO₂固定途径相关反应的通量分布。

（c）C. pyrenoidosa野生型和敲除菌株中乙酰辅酶A的产生速率。

（a）异养生长和自养生长条件下，WLP和rGly途径蛋白的转录水平的变化。

（b）利用果糖或CO₂作为碳源，通过WLP、rGly和糖酵解途径生产甘氨酸和丝氨酸。

（c）¹³C标记示踪实验，验证rGly途径。

（d）与异养条件相比，自养条件下样品中甘氨酸和丝氨酸的相对标记和未标记组分。

（e）细菌胞内硫氧还蛋白还原酶活性的测定。

     

（a-d）细胞生物量、顶空H₂、顶空CO₂和乙酸累积情况。

（e-g）生长速率、顶空H₂消耗速率、CO₂消耗速率和乙酸生产速率情况。

（h）比较了野生菌和工程菌中，WLP途径甲基和碳基分支的基因表达情况。

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