Transcriptomics-Driven Engineering of Yarrowia lipolytica for Enhanced Fatty Acid Biosynthesis

雅罗维亚 生物制造 计算生物学 代谢工程 生物 合成生物学 转录组 脂肪酸 基因 酵母 生物技术 生物化学 基因表达
作者
Qiao He,Zhao Yang Dong,Bofan Yu,Hong Xiao,Xuye Lang
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:14 (9): 3520-3529
标识
DOI:10.1021/acssynbio.5c00307
摘要

While Yarrowia lipolytica has gained prominence as a microbial chassis for biomanufacturing, its broader application faces two critical limitations: incomplete genetic annotation and insufficient characterization of regulatory elements, rendering the construction of high-efficiency microbial cell factories a time-consuming and empirically driven process. Notably, vast transcriptomic data sets in public database remain underutilized for systematic gene discovery. To address these limitations, we developed Findgene─a computational pipeline integrating standardized transcriptomic meta-analysis with weighted gene coexpression network analysis (WGCNA). Application of this tool to consolidated Y. lipolytica data sets identified six candidate regulatory genes related to fatty acid metabolism: YALI0B12342g, YALI0A07733g, YALI0C03003g, YALI0C16797g, YALI0A20207g, and YALI0D01001g. Remarkably, substitution YALI0B12342g with the G643R mutant increased total fatty acid production by 131%. Meanwhile, experimental validation revealed that plasmid-mediated overexpression of YALI0A07733g and YALI0A20207g significantly enhanced total fatty acid titer. Based on these, the combinatorial engineering strategy incorporating overexpression of YALI0A07733g/YALI0A20207g and implementation of the YALI0B12342g G643R variant achieved a 2.9-fold enhancement in total fatty acid production compared to wild type Po1f strains. This optimized chassis demonstrates substantial potential for scale-up production of fatty acid-derived compounds. Furthermore, the FindGene framework establishes a generalized methodology for regulatory gene efficient and economical discovery that could be adapted to engineer other nonconventional yeast species.
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