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辅酶Q10(Coenzyme Q10),又称泛醌,是一种脂溶类的化合物,与细胞氧化呼吸密切相关。近年来研究发现辅酶Q10与其它药物结合使用在临床治疗心脑血管等疾病方面潜力巨大。因此在微生物中如何提高辅酶Q110的产量一直是研究的热点。在原核生物中辅酶Q10合成主要由侧链合成途径(MEP或MVA途径),分支酸合成途径和醌环修饰途径三部分组成。其中侧链主要合成十聚异戊烯二烯焦磷酸(DPP);分支酸代谢途径主要合成对羟基苯甲酸(pHBA);这两个代谢产物是辅酶Q10合成的重要的前体物质。因此本论文以类球红细菌Rhodobacter sphaeroides 2.4.1为研究模型,通过改造类球红细菌的代谢流,旨在增加前体物质的供应,提高辅酶Q10的产量。主要研究结果如下:(1)通过敲除pykA、RSP-1848,以及双敲除pykA/RSP-1848后,摇瓶发酵96 h结果显示:单敲除RSP-1848后辅酶Q10的产量相比野生菌株提高了 45.8%左右,而敲除pykA和pykA/RSP-1848使得辅酶Q10产量分别下降了 33.63%、40.60%。(2)通过在敲除RSP-1848的菌株基础上分别过表达丙酮酸磷酸双激酶ppdk,转酮酶基因tktA、3-脱氧-阿拉伯-庚酮糖-7-磷酸合酶基因RSP-2921、莽草酸激酶基因arok进一步研究了分支酸代谢途径中相关基因对辅酶Q10合成的影响。结果发现过表达3-脱氧-阿拉伯-庚酮糖-7-磷酸合酶RSP-2921能够提高菌体生物量17%,但是辅酶Q10的产量却降低24.8%。过表达莽草酸激酶arok使得单位辅酶Q10的产量提高了 17%,但生物量没有提高。(3)为进一步研究分支酸代谢途径过程相关基因对影响辅酶Q10合成的影响,后期通过异源表达分支酸裂解酶基因ubic和4-轻苯甲酸八聚异戊二烯转移酶基因ubiA,以及自身的ubiA基因。研究发现过表达ubic基因使得菌体生物量相对野生型提高了30%左右,但是单位辅酶Q10产量却降低了 15%,而异源过表达ubic-ubiAEcoli基因后,辅酶Q10产量较S491提高了 14.18%,单位菌体辅酶Q10产量较S491提高了 10%。综合以上实验结果可知,类球红细菌中强化分支酸代谢途径碳代谢流对辅酶Q10的合成影响明显;arok基因是调控分支酸代谢途径的关键基因;异源过表达ubic-ubiAEcoli基因可以增强PHB与DPP的催化合成进而提高辅酶Q10的合成。