Published January 13, 2024
| Version v1
Publication
Open
The adc1 knockout with proC overexpression in Synechocystis sp. PCC 6803 induces a diversion of acetyl-CoA to produce more polyhydroxybutyrate
Description
Lack of nutrients, in particular nitrogen and phosphorus, has been known in the field to sense glutamate production via 2-oxoglutarate and subsequently accelerate carbon storage, including glycogen and polyhydroxybutyrate (PHB), in cyanobacteria, but a few studies have focused on arginine catabolism. In this study, we first time demonstrated that gene manipulation on proC and adc1, related to proline and polyamine syntheses in arginine catabolism, had a significant impact on enhanced PHB production during late growth phase and nutrient-modified conditions. We constructed Synechocystis sp. PCC 6803 with an overexpressing proC gene, encoding Δ1pyrroline-5-carboxylate reductase in proline production, and adc1 disruption resulted in lower polyamine synthesis.Three engineered Synechocystis sp. PCC 6803 strains, including a ProC-overexpressing strain (OXP), adc1 mutant, and an OXP strain lacking the adc1 gene (OXP/Δadc1), certainly increased the PHB accumulation under nitrogen and phosphorus deficiency. The possible advantages of single proC overexpression include improved PHB and glycogen storage in late phase of growth and long-term stress situations. However, on day 7 of treatment, the synergistic impact created by OXP/Δadc1 increased PHB synthesis by approximately 48.9% of dry cell weight, resulting in a shorter response to nutrient stress than the OXP strain. Notably, changes in proline and glutamate contents in engineered strains, in particular OXP and OXP/Δadc1, not only partially balanced the intracellular C/N metabolism but also helped cells acclimate under nitrogen (N) and phosphorus (P) stress with higher chlorophyll a content in comparison with wild-type control.In Synechocystis sp. PCC 6803, overexpression of proC resulted in a striking signal to PHB and glycogen accumulation after prolonged nutrient deprivation. When combined with the adc1 disruption, there was a notable increase in PHB production, particularly in situations where there was a strong C supply and a lack of N and P.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
من المعروف أن نقص العناصر الغذائية، ولا سيما النيتروجين والفوسفور، في هذا المجال يستشعر إنتاج الغلوتامات عبر 2 - oxoglutarate وبالتالي تسريع تخزين الكربون، بما في ذلك الجليكوجين و polyhydroxybutyrate (PHB)، في البكتيريا الزرقاء، ولكن ركزت بعض الدراسات على هدم الأرجينين. في هذه الدراسة، أظهرنا لأول مرة أن التلاعب الجيني على proC و adc1، المتعلق بتوليفات البرولين والبولي أمين في هدم الأرجينين، كان له تأثير كبير على تعزيز إنتاج PHB خلال مرحلة النمو المتأخرة والظروف المعدلة بالمغذيات. قمنا ببناء Synechocystis sp. PCC 6803 مع جين proC مفرط التعبير، ترميز Δ 1pyrroline -5 - carboxylate reductase في إنتاج البرولين، وأدى اضطراب adc1 إلى انخفاض تخليق البولي أمين. ثلاثة هندسة Synechocystis sp. من المؤكد أن سلالات PCC 6803، بما في ذلك سلالة ProC - overexpressing (OXP)، ومتحول adc1، وسلالة OXP التي تفتقر إلى جين adc1 (OXP/Δadc 1)، زادت من تراكم PHB تحت نقص النيتروجين والفوسفور. تشمل المزايا المحتملة للتعبير المفرط أحادي البروكروميد تحسين تخزين PHB والجليكوجين في المرحلة المتأخرة من النمو وحالات الإجهاد طويلة الأجل. ومع ذلك، في اليوم السابع من العلاج، أدى التأثير التآزري الناتج عن OXP/Δadc 1 إلى زيادة تخليق PHB بنسبة 48.9 ٪ تقريبًا من وزن الخلايا الجافة، مما أدى إلى استجابة أقصر للإجهاد الغذائي من سلالة OXP. والجدير بالذكر أن التغيرات في محتويات البرولين والغلوتامات في السلالات المهندسة، ولا سيما OXP و OXP/Δadc 1، لم توازن جزئيًا استقلاب C/N داخل الخلايا فحسب، بل ساعدت الخلايا أيضًا على التأقلم تحت إجهاد النيتروجين (N) والفوسفور (P) مع ارتفاع محتوى الكلوروفيل مقارنةً بالتحكم من النوع البري. في Synechocystis sp. PCC 6803، أدى التعبير المفرط عن proC إلى إشارة مذهلة إلى PHB وتراكم الجليكوجين بعد الحرمان المطول من المغذيات. عند دمجها مع اضطراب adc1، كانت هناك زيادة ملحوظة في إنتاج PHB، لا سيما في الحالات التي كان فيها عرض قوي C ونقص N و P.Translated Description (French)
Le manque de nutriments, en particulier d'azote et de phosphore, est connu dans le domaine pour détecter la production de glutamate via le 2-oxoglutarate et accélérer par la suite le stockage du carbone, y compris le glycogène et le polyhydroxybutyrate (PHB), chez les cyanobactéries, mais quelques études se sont concentrées sur le catabolisme de l'arginine. Dans cette étude, nous avons démontré pour la première fois que la manipulation de gènes sur proC et adc1, liée aux synthèses de proline et de polyamine dans le catabolisme de l'arginine, avait un impact significatif sur la production accrue de PHB pendant la phase de croissance tardive et les conditions modifiées par les nutriments. Nous avons construit Synechocystis sp. PCC 6803 avec un gène proC surexprimant, codant pour la Δ1pyrroline-5-carboxylate réductase dans la production de proline, et la disruption adc1 a entraîné une synthèse de polyamine plus faible. Trois Synechocystis sp. Les souches PCC 6803, y compris une souche surexprimant ProC (OXP), un mutant adc1 et une souche OXP dépourvue du gène adc1 (OXP/Δadc1), ont certainement augmenté l'accumulation de PHB en cas de carence en azote et en phosphore. Les avantages possibles d'une surexpression unique de proC comprennent l'amélioration du stockage du PHB et du glycogène en phase tardive de croissance et dans des situations de stress à long terme. Cependant, au jour 7 du traitement, l'impact synergique créé par OXP/Δadc1 a augmenté la synthèse de PHB d'environ 48,9 % du poids des cellules sèches, entraînant une réponse plus courte au stress nutritif que la souche OXP. Notamment, les changements dans les teneurs en proline et en glutamate dans les souches modifiées, en particulier OXP et OXP/Δadc1, ont non seulement partiellement équilibré le métabolisme C/N intracellulaire, mais ont également aidé les cellules à s'acclimater sous stress azoté (N) et phosphoré (P) avec une teneur plus élevée en chlorophylle a par rapport au contrôle de type sauvage. Dans Synechocystis sp. PCC 6803, la surexpression de proC a entraîné un signal frappant à l'accumulation de PHB et de glycogène après une privation prolongée de nutriments. Lorsqu'il est combiné avec la perturbation adc1, il y a eu une augmentation notable de la production de PHB, en particulier dans les situations où il y avait une forte offre de C et un manque de N et P.Translated Description (Spanish)
Se sabe que la falta de nutrientes, en particular nitrógeno y fósforo, detecta la producción de glutamato a través del 2-oxoglutarato y, posteriormente, acelera el almacenamiento de carbono, incluidos el glucógeno y el polihidroxibutirato (PHB), en las cianobacterias, pero algunos estudios se han centrado en el catabolismo de la arginina. En este estudio, demostramos por primera vez que la manipulación génica en proC y adc1, relacionada con la síntesis de prolina y poliamina en el catabolismo de arginina, tuvo un impacto significativo en la producción mejorada de PHB durante la fase de crecimiento tardía y las condiciones modificadas por nutrientes. Construimos Synechocystis sp. PCC 6803 con un gen proC que sobreexpresa, que codifica la Δ1pirrolina-5-carboxilato reductasa en la producción de prolina, y la interrupción de adc1 resultó en una menor síntesis de poliaminas. Tres Synechocystis sp. Las cepas PCC 6803, que incluyen una cepa que sobreexpresa ProC (OXP), mutante adc1 y una cepa OXP que carece del gen adc1 (OXP/Δadc1), ciertamente aumentaron la acumulación de PHB bajo deficiencia de nitrógeno y fósforo. Las posibles ventajas de la sobreexpresión única de proC incluyen la mejora del PHB y el almacenamiento de glucógeno en la fase tardía del crecimiento y en situaciones de estrés a largo plazo. Sin embargo, en el día 7 del tratamiento, el impacto sinérgico creado por OXP/Δadc1 aumentó la síntesis de PHB en aproximadamente un 48,9% del peso seco de las células, lo que resultó en una respuesta más corta al estrés por nutrientes que la cepa OXP. En particular, los cambios en los contenidos de prolina y glutamato en las cepas modificadas, en particular OXP y OXP/Δadc1, no solo equilibraron parcialmente el metabolismo intracelular de C/N, sino que también ayudaron a las células a aclimatarse bajo estrés por nitrógeno (N) y fósforo (P) con un mayor contenido de clorofila a en comparación con el control de tipo salvaje. En Synechocystis sp. PCC 6803, la sobreexpresión de proC dio como resultado una señal sorprendente para el PHB y la acumulación de glucógeno después de una privación prolongada de nutrientes. Cuando se combinó con la interrupción de adc1, hubo un aumento notable en la producción de PHB, particularmente en situaciones donde había un fuerte suministro de C y una falta de N y P.Files
s13068-024-02458-9.pdf
Files
(5.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:fac0777229a4457075ec6f3af1fa4c24
|
5.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الضربة القاضية adc1 مع proC overexpression في Synechocystis sp. يحث PCC 6803 على تحويل أسيتيل CoA لإنتاج المزيد من polyhydroxybutyrate
- Translated title (French)
- Le knockout adc1 avec surexpression proC chez Synechocystis sp. PCC 6803 induit un détournement de l'acétyl-CoA pour produire plus de polyhydroxybutyrate
- Translated title (Spanish)
- El knockout de adc1 con sobreexpresión de proC en Synechocystis sp. PCC 6803 induce una desviación de acetil-CoA para producir más polihidroxibutirato
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4390841190
- DOI
- 10.1186/s13068-024-02458-9
References
- https://openalex.org/W1497352192
- https://openalex.org/W1600883459
- https://openalex.org/W1602046403
- https://openalex.org/W1857754651
- https://openalex.org/W1970883388
- https://openalex.org/W1971129365
- https://openalex.org/W1978672527
- https://openalex.org/W1997433866
- https://openalex.org/W2006155394
- https://openalex.org/W2007684684
- https://openalex.org/W2013785955
- https://openalex.org/W2017252729
- https://openalex.org/W2020476584
- https://openalex.org/W2033699759
- https://openalex.org/W2041186273
- https://openalex.org/W2044990540
- https://openalex.org/W2066069106
- https://openalex.org/W2067075632
- https://openalex.org/W2091008504
- https://openalex.org/W2093714520
- https://openalex.org/W2096626341
- https://openalex.org/W2097771636
- https://openalex.org/W2104819616
- https://openalex.org/W2125993411
- https://openalex.org/W2127647062
- https://openalex.org/W2135572188
- https://openalex.org/W2150740440
- https://openalex.org/W2158603955
- https://openalex.org/W2345547458
- https://openalex.org/W2411258950
- https://openalex.org/W2590998263
- https://openalex.org/W2593639565
- https://openalex.org/W2595507107
- https://openalex.org/W2767389917
- https://openalex.org/W2790351254
- https://openalex.org/W2793981825
- https://openalex.org/W2801974322
- https://openalex.org/W2891995962
- https://openalex.org/W2895928639
- https://openalex.org/W2938666256
- https://openalex.org/W2966180589
- https://openalex.org/W2980534943
- https://openalex.org/W3019221274
- https://openalex.org/W3167652504
- https://openalex.org/W3177325678
- https://openalex.org/W3185918519
- https://openalex.org/W3210605074
- https://openalex.org/W4297201168
- https://openalex.org/W4323569687
- https://openalex.org/W4361304806
- https://openalex.org/W4378528515