Functional Characterization of sll1556 of Synechocystis sp. PCC6803 as Type II Isopentenyl Diphosphate Isomerase

Isopentenyl diphosphate(IPP) isomerization to dimethylallyl diphosphate(DMAPP) is an important step for the efficient production of isoprenoids such as lycopene, ${\beta}$-carotene, astaxanthin, etc. The type II isopentenyl diphosphate isomerase gene from Synechocystis sp. PCC6803(sll1556, Syidi2) was cloned and expressed in Escherichia coli $DH5{\alpha}$. When E. coli $DH5{\alpha}$ harboring lycopene synthesis genes, crtE, crtB, and crtI and mevalonate pathway genes, MvK1, MvK2, and Mvd, was cultured on LB medium containing mevalonate, the strain grew very slowly be due to the toxicity of isopentenyl diphosphate derived from mevalonate. When Syidi2 was introduced to E. coli $DH5{\alpha}$ harboring the lycopene synthesis genes and mevalonate pathway genes, growth on mevalonate medium was fully restored and the colony showed red color indicating lycopene formation. The growth rate of the mutant strain, E. coli $DH5{\alpha}$(idi::${\Delta}km$), was very slow because of IPP accumulation and DMAPP deprivation. Ultimately the idi mutant was complemented by introducing the Syidi2 gene.

Type II Isopentenyl Diphosphate Isomerase로서 Synechocystis sp. PCC6803의 sll1556의 작용 특성

Synechocystis sp. PCC6803의 type II Isopentenyl diphosphate isomerase gene(sll1556, Syidi2)의 특성을 살펴보기 위하여 ${\Delta}idi$인 E. coli $DH5{\alpha}$를 제작하고, 이 균주에서 cloning하고 발현시켰다. 라이코펜 합성 유전자들(crtE, crtB, and crtI)과 mevalonate pathway 유전자들(MvK1, MvK2, Mvd)를 함유한 ${\Delta}idi$ E. coli $DH5{\alpha}$ 균주를 mevalonate가 함유된 LB 배지에서 배양하면 mevalonate pathway 유전자들을 함유한 E. coli $DH5{\alpha}$균주는 mevalonate에 의해 생성된 isopentenyl diphosphate의 독성에 의해 매우 느린 성장을 보였다. 라이코펜 합성유전자들과 mevalonate 합성유전자들을 함유한 ${\Delta}idi$ E. coli $DH5{\alpha}$ 균주에 Syidi2를 도입한 결과, mevalonate가 함유된 LB배지에서 균체의 성장이 완전히 회복되었으며, 라이코펜이 합성되었음을 나타내는 붉은 균락이 형성되었다. 이에 따라, SyIdi1과 ECidi를 도입하여 비교한 결과, 라이코펜 합성 유전자들과 mevalonate pathway 유전자들을 함유한 ${\Delta}idi$ E. coli $DH5{\alpha}$ 균주 자체와 SyIdi1을 도입한 라이코펜 합성 유전자들과 mevalonate pathway 유전자들을 함유한 ${\Delta}idi$ E. coli $DH5{\alpha}$ 균주는 IPP의 독성에 의해 성장이 매우 느렸으나, SyIdi2, RSidi, HPidi, 및 ECidi를 함유하고 있는 ${\Delta}idi$ E. coli $DH5{\alpha}$ 균주는 균체의 성장과 라이코펜의 합성을 완전히 회복하였으며, 그중 가장 우수한 라이코펜 생합성 결과를 나타낸 것은 pSUP-LYCSyIdi2로서 균체당 라이코펜 생성량이 control 대비 2.8배이었다.