工程化绿针假单胞菌高效利用玉米秸秆水解液生产吩嗪-1-羧酸（PCA）推动生物农药绿色制造

　　本研究通过代谢工程改造绿针假单胞菌（Pseudomonas chlororaphis）GP72，首次实现玉米秸秆水解液中葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的完全利用，并高效合成生物农药吩嗪-1-羧酸（PCA），产量达384.2 mg/L。该工作为木质纤维素生物质的高值化利用提供了创新策略，显著降低了生物防治剂的生产成本。

　　

Highlight

代谢模型适配

基于恶臭假单胞菌（P. putida）KT2440的基因组尺度代谢网络模型iJN1462，我们整合了绿针假单胞菌（P. chlororaphis）GP72特有的十种菌株特异性反应（表S1），这些反应在恶臭假单胞菌KT2440中不存在。我们根据假单胞菌基因组数据库（https://www.pseudomonas.com）和KEGG（https://www.kegg.jp）进行了校正。最终适配的绿针假单胞菌模型用于通量平衡分析（FBA），以优化通向吩嗪生物合成终端反应的代谢通量分布。

Adaptation of the P. putida genome-scale metabolic model for P. chlororaphis GP72

鉴于恶臭假单胞菌（P. putida）KT2440的成熟模型iJN1462，我们以其为基础进行适配，以预测细胞代谢并指导绿针假单胞菌（P. chlororaphis）GP72的代谢工程。为模拟从木质纤维素水解液生物合成吩嗪-1-羧酸（PCA）的过程，我们对iJN1462模型进行了扩展，整合了两条附加途径：（i）分支酸衍生的PCA合成途径和（ii）完整的L-阿拉伯糖（L-arabinose）利用途径。适配后的模型包含1,472个基因、2,937个反应和2,162个代谢物，覆盖了绿针假单胞菌GP72测序基因组中5,964个预测基因的24.7%。

Conclusion

本研究适配了针对绿针假单胞菌GP72的基因组尺度代谢网络模型iJN1462（原为恶臭假单胞菌模型）。该适配模型包含1,472个基因、2,937个反应和2,162个代谢物，代表了绿针假单胞菌GP72测序基因组中5,964个预测基因的24.7%。利用此模型，我们改造了绿针假单胞菌GP72ANO菌株，使其能够利用玉米秸秆水解液生物合成PCA，产量达到384.2 mg/L。据我们所知，这是首项关于利用玉米秸秆水解液全部糖分生产PCA的研究。