刘桢桢, 王 威, 黄显清, 张雪洪

(上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室, 上海 201100)

吩嗪-1-羧酸(phenazine-1-carboxylic acid,PCA)是重要的吩嗪类次级代谢产物,具有广谱抗菌和环境友好等特点[1]。研究发现多种假单胞菌可以合成PCA,如荧光假单胞菌2-79、铜绿假单胞菌M18、绿针假单胞菌GP72等[1-2]。野生菌株中PCA的产量通常较低,一般在1 g/L以下[3-4]。提高PCA产量的研究多集中在对野生菌株的改造方面,Fang等[5]在铜绿假单胞菌PA1201中敲除负调控PCA合成的基因mvaU,将PCA的产量提高了0.5倍,Song等[6]在针假单胞菌GP72ANO中过表达甘油代谢途径的基因glpF和glpK并阻断分流途径,将PCA的产量提高了2.1倍。关于PCA合成菌株的发酵优化策略的研究则较少,Bedoya等[7]优化铜绿假单胞菌LV的发酵培养基组分、温度和pH值,将PCA的产量提高为113 mg/L,Du等[8]优化铜绿假单胞菌M18UMS1的碳氮源种类及浓度,将PCA的产量提高为4 771 mg/L。

绿针假单胞菌GP72是本实验室从甜椒根际土壤分离得到的一株生防菌株,能合成PCA、2-羟基-吩嗪-1-羧酸(2-hydroxy-phenazine-1-carboxylic acid,2-OH-PCA)、2-羟基-吩嗪(2-hydroxyphenazin,2-OH-PHZ)3种吩嗪类化合物[4]。本实验室参与研究开发的以PCA为主要成分的生物源农药“申嗪霉素”,对水稻纹枯病、西瓜枯萎病、辣椒疫病等都具有良好的防治效果,已注册获得农药准证[9]。该菌株中的单加氧酶基因phzO,可催化PCA羟基化生成2-OH-PCA,而2-OH-PCA可以自发脱羧生成2-OH-PHZ[4,10-11]。前期研究中,通过敲除菌株GP72中的phzO基因以及负调控吩嗪类化合物合成的基因pykF、rpeA、rsmE和lon,获得了工程菌株GP72-ND3ΔphzO,在摇瓶发酵中PCA的产量由22 mg/L提升至2 300 mg/L,是野生菌株的90多倍[4,11]。本文以菌株GP72-ND3ΔphzO为研究对象,在摇瓶水平通过单因素实验、正交……