Published October 13, 2021
| Version v1
Publication
Open
Genetic Modification of Mucor circinelloides for Canthaxanthin Production by Heterologous Expression of β-carotene Ketolase Gene
Creators
- 1. Shandong University of Technology
- 2. National University of Malaysia
- 3. Al Azhar University
- 4. University of Lahore
- 5. Consejo Superior de Investigaciones Científicas
- 6. Universidad de Murcia
- 7. Instituto de Química Física Blas Cabrera
Description
Canthaxanthin is a reddish-orange xanthophyll with strong antioxidant activity and higher bioavailability than carotenes, primarily used in food, cosmetics, aquaculture, and pharmaceutical industries. The spiking market for natural canthaxanthin promoted researchers toward genetic engineering of heterologous hosts for canthaxanthin production. Mucor circinelloides is a dimorphic fungus that produces β-carotene as the major carotenoid and is considered as a model organism for carotenogenic studies. In this study, canthaxanthin-producing M. circinelloides strain was developed by integrating the codon-optimized β-carotene ketolase gene (bkt) of the Haematococcus pluvialis into the genome of the fungus under the control of strong promoter zrt1. First, a basic plasmid was constructed to disrupt crgA gene, a negative regulator of carotene biosynthesis resulted in substantial β-carotene production, which served as the building block for canthaxanthin by further enzymatic reaction of the ketolase enzyme. The genetically engineered strain produced a significant amount (576 ± 28 μg/g) of canthaxanthin, which is the highest amount reported in Mucor to date. Moreover, the cell dry weight of the recombinant strain was also determined, producing up to more than 9.0 g/L, after 96 h. The mRNA expression level of bkt in the overexpressing strain was analyzed by RT-qPCR, which increased by 5.3-, 4.1-, and 3-folds at 24, 48, and 72 h, respectively, compared with the control strain. The canthaxanthin-producing M. circinelloides strain obtained in this study provided a basis for further improving the biotechnological production of canthaxanthin and suggested a useful approach for the construction of more valuable carotenoids, such as astaxanthin.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
كانثاكسانثين هو زانثوفيل برتقالي محمر مع نشاط قوي مضاد للأكسدة وتوافر بيولوجي أعلى من الكاروتينات، ويستخدم في المقام الأول في الصناعات الغذائية ومستحضرات التجميل وتربية الأحياء المائية والصناعات الدوائية. عزز السوق المتصاعد للكانثاكسانثين الطبيعي الباحثين نحو الهندسة الوراثية للمضيفين غير المتجانسين لإنتاج الكانثاكسانثين. Mucor circinelloides هو فطر ثنائي الشكل ينتج β - carotene باعتباره الكاروتينات الرئيسية ويعتبر كائنًا نموذجيًا للدراسات الكاروتينية. في هذه الدراسة، تم تطوير سلالة M. circinelloides المنتجة للكانتاكسانثين من خلال دمج جين كيتولاز بيتا كاروتين المحسن للرمز (BKT) للمكورات الدموية في جينوم الفطريات تحت سيطرة المحفز القوي zrt1. أولاً، تم بناء بلازميد أساسي لتعطيل جين crgA، وهو منظم سلبي للتخليق الحيوي للكاروتين أدى إلى إنتاج β - carotene كبير، والذي كان بمثابة لبنة البناء للكانثاكسانثين من خلال تفاعل إنزيمي إضافي لإنزيم الكيتولاز. أنتجت السلالة المعدلة وراثيًا كمية كبيرة (576 ± 28 ميكروغرام/غرام) من كانثاكسانثين، وهي أعلى كمية تم الإبلاغ عنها في موكور حتى الآن. علاوة على ذلك، تم أيضًا تحديد الوزن الجاف للخلية للسلالة المؤتلفة، مما أدى إلى إنتاج ما يصل إلى أكثر من 9.0 جم/لتر، بعد 96 ساعة. تم تحليل مستوى تعبير mRNA لـ bkt في سلالة الإفراط في التعبير بواسطة RT - qPCR، والذي زاد بمقدار 5.3 - و 4.1 - و 3 أضعاف عند 24 و 48 و 72 ساعة على التوالي، مقارنة بسلالة التحكم. وفرت سلالة M. circinelloides المنتجة للكانتاكسانثين التي تم الحصول عليها في هذه الدراسة أساسًا لزيادة تحسين إنتاج التكنولوجيا الحيوية للكانتاكسانثين واقترحت نهجًا مفيدًا لبناء الكاروتينات الأكثر قيمة، مثل الأستازانتين.Translated Description (French)
La canthaxanthine est une xanthophylle orange-rougeâtre avec une forte activité antioxydante et une biodisponibilité plus élevée que les carotènes, principalement utilisée dans les industries alimentaires, cosmétiques, aquacoles et pharmaceutiques. Le marché en plein essor de la canthaxanthine naturelle a incité les chercheurs à se tourner vers le génie génétique d'hôtes hétérologues pour la production de canthaxanthine. Le mucor circinelloides est un champignon dimorphe qui produit du β-carotène en tant que caroténoïde majeur et est considéré comme un organisme modèle pour les études caroténogènes. Dans cette étude, la souche de M. circinelloides productrice de canthaxanthine a été développée en intégrant le gène de la β-carotène cétolase optimisé par le codon (bkt) de l'Haematococcus pluvialis dans le génome du champignon sous le contrôle du promoteur fort zrt1. Tout d'abord, un plasmide de base a été construit pour perturber le gène crgA, un régulateur négatif de la biosynthèse du carotène a entraîné une production substantielle de β-carotène, qui a servi de bloc de construction pour la canthaxanthine par une réaction enzymatique supplémentaire de l'enzyme cétolase. La souche génétiquement modifiée a produit une quantité significative (576 ± 28 μg/g) de canthaxanthine, ce qui est la quantité la plus élevée rapportée dans Mucor à ce jour. De plus, le poids sec cellulaire de la souche recombinante a également été déterminé, produisant jusqu'à plus de 9,0 g/L, après 96 h. Le niveau d'expression de l'ARNm de bkt dans la souche surexprimante a été analysé par RT-qPCR, qui a augmenté de 5,3, 4,1 et 3 fois à 24, 48 et 72 h, respectivement, par rapport à la souche témoin. La souche de M. circinelloides productrice de canthaxanthine obtenue dans cette étude a fourni une base pour améliorer davantage la production biotechnologique de canthaxanthine et a suggéré une approche utile pour la construction de caroténoïdes plus précieux, tels que l'astaxanthine.Translated Description (Spanish)
La cantaxantina es una xantofila de color naranja rojizo con una fuerte actividad antioxidante y una mayor biodisponibilidad que los carotenos, utilizada principalmente en las industrias alimentaria, cosmética, acuícola y farmacéutica. El aumento del mercado de la cantaxantina natural promovió a los investigadores hacia la ingeniería genética de huéspedes heterólogos para la producción de cantaxantina. Mucor circinelloides es un hongo dimórfico que produce β-caroteno como el principal carotenoide y se considera un organismo modelo para estudios carotenogénicos. En este estudio, la cepa M. circinelloides productora de cantaxantina se desarrolló mediante la integración del gen de la β-caroteno cetolasa (bkt) optimizado por codones del Haematococcus pluvialis en el genoma del hongo bajo el control del promotor fuerte zrt1. Primero, se construyó un plásmido básico para alterar el gen crgA, un regulador negativo de la biosíntesis de caroteno dio como resultado una producción sustancial de β-caroteno, que sirvió como bloque de construcción para la cantaxantina mediante una reacción enzimática adicional de la enzima cetolasa. La cepa genéticamente modificada produjo una cantidad significativa (576 ± 28 μg/g) de cantaxantina, que es la cantidad más alta reportada en Mucor hasta la fecha. Además, también se determinó el peso seco celular de la cepa recombinante, produciendo hasta más de 9.0 g/L, después de 96 h. El nivel de expresión de ARNm de bkt en la cepa que sobreexpresa se analizó mediante RT-qPCR, que aumentó en 5,3, 4,1 y 3 veces a las 24, 48 y 72 h, respectivamente, en comparación con la cepa de control. La cepa M. circinelloides productora de cantaxantina obtenida en este estudio proporcionó una base para mejorar aún más la producción biotecnológica de cantaxantina y sugirió un enfoque útil para la construcción de carotenoides más valiosos, como la astaxantina.Files
pdf.pdf
Files
(1.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:29458e026f5623550fb8f0b5c9eef4b4
|
1.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التعديل الوراثي للميكور سيرسينيلويدس لإنتاج كانثاكسانثين عن طريق التعبير غير المتجانس لجين كيتولاز بيتا كاروتين
- Translated title (French)
- Modification génétique de Mucor circinelloides pour la production de canthaxanthine par expression hétérologue du gène de la β-carotène cétolase
- Translated title (Spanish)
- Modificación genética de Mucor circinelloides para la producción de cantaxantina por expresión heteróloga del gen de la cetolasa de β-caroteno
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3207640356
- DOI
- 10.3389/fnut.2021.756218
References
- https://openalex.org/W134259152
- https://openalex.org/W1601070230
- https://openalex.org/W1972766122
- https://openalex.org/W1992993726
- https://openalex.org/W2008093543
- https://openalex.org/W2011021375
- https://openalex.org/W2022645151
- https://openalex.org/W2034109154
- https://openalex.org/W2035074298
- https://openalex.org/W2041243150
- https://openalex.org/W2041980432
- https://openalex.org/W2045427379
- https://openalex.org/W2062844833
- https://openalex.org/W2077403705
- https://openalex.org/W2078934649
- https://openalex.org/W2083971322
- https://openalex.org/W2084744917
- https://openalex.org/W2093726118
- https://openalex.org/W2095891925
- https://openalex.org/W2100446568
- https://openalex.org/W2103506649
- https://openalex.org/W2122548219
- https://openalex.org/W2124281128
- https://openalex.org/W2132417094
- https://openalex.org/W2200260436
- https://openalex.org/W2413136593
- https://openalex.org/W2461927112
- https://openalex.org/W2524391772
- https://openalex.org/W2905298579
- https://openalex.org/W2907731802
- https://openalex.org/W2912991770
- https://openalex.org/W2943957785
- https://openalex.org/W3013417619
- https://openalex.org/W3066370377
- https://openalex.org/W3117689329