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Elucidation and engineering mitochondrial respiratory-related genes for improving bioethanol production at high temperature in Saccharomyces cerevisiae

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Engineering Microbiology 2024年第2期4卷 12-23页

作者： xianni qi Zhen Wang Yuping Lin Yufeng Guo Zongjie Dai qinhong Wang Key Laboratory of Engineering Biology for Low-carbon Biosynthesis Tianjin Institute of Industrial BiotechnologyChinese Academy of SciencesTianjin 300308China National Center of Technology Innovation for Synthetic Biology Tianjin 300308China College of Science&Technology Hebei Agricultural UniversityCangzhou 061100China

Industrial manufacturing of bioproducts,especially bioethanol,can benefit from high-temperature fermentation,which requires the use of thermotolerant yeast *** activity in yeast is closely related to its over-all ***,the mitochondrial respiratory changes in response to adaptive thermotolerance are still poorly understood and have been rarely utilized for developing thermotolerant yeast cell ***,adap-tive evolution and transcriptional sequencing,as well as whole-genome-level gene knockout,were used to obtain a thermotolerant strain of Saccharomyces ***,thermotolerance and bioethanol production efficiency of the engineered strain were *** evaluation showed the boosted fermentation ca-pacity and suppressed mitochondrial respiratory activity in the thermotolerant *** improved fermentation produced an increased supply of adenosine triphosphate required for more active energy-consuming *** analysis revealed significant changes in the expression of the genes involved in the mitochondrial respiratory *** of mitochondria-associated gene knockout confirmed that ADK1,DOC1,or MET7 were the key factors for the adaptive evolution of thermotolerance in the engineered yeast ***,overexpression of DOC1 with TEF1 promoter regulation led to a 10.1%increase in ethanol production at 42℃.The relationships between thermotolerance,mitochondrial activity,and respiration were explored,and a ther-motolerant yeast strain was developed by altering the expression of mitochondrial respiration-related *** study provides a better understanding on the physiological mechanism of adaptive evolution of thermotolerance in yeast.

关键词： Saccharomyces cerevisiae Adaptive evolution Transcriptional sequencing Mitochondrial respiratory Thermotolerance

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敲除MIG1和SNF1基因对酿酒酵母共利用葡萄糖和木糖的影响

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生物工程学报 2018年第1期34卷 54-67页

作者：蔡艳青齐显尼齐奇蔺玉萍王正祥王钦宏天津科技大学生物工程学院天津300457 中国科学院天津工业生物技术研究所中国科学院系统微生物工程重点实验室天津300308 中国科学院大学北京100049

Mig1和Snf1是酿酒酵母葡萄糖阻遏效应的两个关键调控因子。为了提高酿酒酵母工程菌同时利用葡萄糖和木糖的能力,分别对MIG1和SNF1基因进行了单敲除和双敲除,并通过摇瓶发酵实验和RNA-Seq转录组分析,初步揭示了Mig1和Snf1可能影响葡萄糖... 详细信息

Mig1和Snf1是酿酒酵母葡萄糖阻遏效应的两个关键调控因子。为了提高酿酒酵母工程菌同时利用葡萄糖和木糖的能力,分别对MIG1和SNF1基因进行了单敲除和双敲除,并通过摇瓶发酵实验和RNA-Seq转录组分析,初步揭示了Mig1和Snf1可能影响葡萄糖和木糖共利用表达差异基因的层级调控机制。研究结果表明,MIG1单敲除对混合糖的共利用影响不大;SNF1单敲除会加快混合糖中木糖的利用而且葡萄糖和木糖可以被同时利用,这可能归因于SNF1单敲除会解除对一些氮分解代谢阻遏基因表达的抑制,从而促进了细胞对氮源营养的利用;进一步敲除MIG1,会解除更多氮分解代谢阻遏基因表达的抑制,以及一些碳中心代谢途径基因表达上调。虽然MIG1和SNF1双敲除菌株利用葡萄糖加快而利用木糖变慢,但是葡萄糖和木糖可以被同时利用,进而加快乙醇的积累。综上所述,MIG1和SNF1的敲除导致氮分解阻遏基因表达上调,有助于促进葡萄糖和木糖的共利用;解析Mig1和Snf1对氮分解阻遏基因的层级调控作用,为进一步提高葡萄糖和木糖的共利用提供新的靶点。

关键词：酿酒酵母葡萄糖阻遏 MIG1 SNF1 RNA-Seq 氮分解代谢阻遏

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未来食品的低碳生物制造

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生物工程学报 2022年第11期38卷 4311-4328页

作者：李德茂童胜曾艳杨建刚齐显尼王钦宏孙媛霞中国科学院天津工业生物技术研究所天津300308 国家合成生物技术创新中心天津300308

受到人口增长过快、社会经济发展水平不平衡、人口老龄化和不健康饮食方式等影响,人类面临着食品和营养缺乏、部分人群中营养相关疾病高发等问题。同时,社会低碳发展的需求呼唤一种可持续的食物供给模式。因此,既能满足消费者口感和营... 详细信息

受到人口增长过快、社会经济发展水平不平衡、人口老龄化和不健康饮食方式等影响,人类面临着食品和营养缺乏、部分人群中营养相关疾病高发等问题。同时,社会低碳发展的需求呼唤一种可持续的食物供给模式。因此,既能满足消费者口感和营养需求,又是绿色可持续食物供给模式的技术,例如功能糖、人造肉等未来食品技术,受到了广泛的关注。近年,新兴的生物制造技术及产品得到了迅猛发展,将会支撑形成绿色、低碳的未来食品产业,引发传统生产模式的深刻变革,是新兴生物经济的重大战略发展方向。本文聚焦于未来食品——功能糖、微生物蛋白及人造肉等关键辅配料的生物制造技术研究,追踪其在细胞工厂构建、工业环境下菌种测试与过程优化和衍生产品开发等研究的最新进展,展望未来的发展趋势,旨在为微生物制造未来食品的产业发展提供指导。

关键词：未来食品低碳生物制造功能糖微生物蛋白人造肉细胞工厂

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基因组编辑对酿酒酵母DNA的损伤作用及修复响应

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微生物学报 2020年第7期60卷 1384-1400页

作者：张首王震蔺玉萍戎倩倩王丽贤齐显尼刘浩王钦宏天津科技大学生物工程学院天津300457 中国科学院天津工业生物技术研究所中国科学院系统微生物工程重点实验室天津300308 中国科学院大学北京100049

【目的】为了研究基因组编辑工具CRISPR/Cas9和CRISPR/Cpf1所产生的DNA双链断裂(DNA doublestrandbreak,DSB)对酿酒酵母DNA的损伤作用及修复响应情况,对比化学物质甲基磺酸甲酯(methyl methanesulfonate,MMS)对酿酒酵母基因组DNA的损伤和修复,阐明编辑细胞在细胞水平和转录水平上的变化。【方法】起始细胞分为两种情况,包括未进行细胞周期同步化和被α-因子同步化细胞周期至G0/G1期。检测CRISPR/Cas9和CRISPR/Cpf1处理后编辑细胞的生长情况。利用流式细胞术检测编辑细胞的细胞周期延滞的情况。利用荧光定量PCR检测编辑细胞和MMS处理细胞后DNA损伤响应关键基因转录表达水平的变化情况。【结果】起始细胞无论是未同步化还是同步化,其生长均受到基因组编辑抑制,细胞存活率降低,细胞周期被滞留在G2/M期,而MMS处理导致细胞周期S期的滞留。此外,随编辑时间的延长,突变率增加,细胞存活率降低。CRISPR/Cpf1编辑细胞的突变率和存活率均低于CRISPR/Cas9,由此可见,CRISPR/Cpf1对细胞的损伤强度高于CRISPR/Cas9。两种编辑均诱导酵母DNA损伤响应关键基因RNR3及HUG1转录水平显著上调,并且CRISPR/Cpf1介导的上调幅度大于CRISPR/Cas9,但两者均低于MMS的处理。【结论】本研究解析了CRISPR/Cas9和CRISPR/Cpf1介导的基因组编辑在细胞水平和转录水平上对DNA损伤作用及修复响应,初步揭示了酿酒酵母应对不同类型的DSB损伤时响应程度的差异,为提高基因组编辑工具的编辑能力和评估基因编辑安全性提供了重要依据。

关键词：酿酒酵母 CRISPR/Cas9 CRISPR/Cpf1 甲基磺酸甲酯细胞周期 DNA损伤响应

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耐高温酿酒酵母的选育及其在乙醇发酵生产中的应用

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生物产业技术 2018年第4期 84-89页

作者：齐显尼甘雨满王钦宏中国科学院天津工业生物技术研究所中国科学院系统微生物工程重点实验室天津300308

酿酒酵母是乙醇发酵工业的生产菌株,增强菌株的耐温性可以减少乙醇生产中降温带来的成本等问题,保证工业发酵能在高温下正常进行。介绍了耐高温酿酒酵母的常用的和新兴的育种技术方法及主要进展,以及在以玉米、甘蔗、木薯及纤维素为原... 详细信息

酿酒酵母是乙醇发酵工业的生产菌株,增强菌株的耐温性可以减少乙醇生产中降温带来的成本等问题,保证工业发酵能在高温下正常进行。介绍了耐高温酿酒酵母的常用的和新兴的育种技术方法及主要进展,以及在以玉米、甘蔗、木薯及纤维素为原料的乙醇高温发酵生产中的应用,并讨论了耐高温酿酒酵母的选育工作的挑战和乙醇工业应用前景。

关键词：酿酒酵母耐高温育种高温发酵乙醇生产

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发酵工业菌种的迭代创制

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生物工程学报 2022年第11期38卷 4200-4218页

作者：周文娟付刚齐显尼郑小梅房欢夏苗苗张大伟王钦宏郑平王钰孙际宾中国科学院天津工业生物技术研究所天津300308 国家合成生物技术创新中心天津300308

生物发酵是以微生物菌种为生物催化剂,以淀粉糖、生物质等可再生资源为原料发酵生产各种食品、化学品、燃料、材料等物质的生产过程,具有绿色、低碳和可持续等特征。我国拥有全球规模最大的生物发酵产业,尤其氨基酸、维生素等传统发酵... 详细信息

生物发酵是以微生物菌种为生物催化剂,以淀粉糖、生物质等可再生资源为原料发酵生产各种食品、化学品、燃料、材料等物质的生产过程,具有绿色、低碳和可持续等特征。我国拥有全球规模最大的生物发酵产业,尤其氨基酸、维生素等传统发酵产品占全球市场份额的60%–80%。发展生物发酵产业对于我国实现“碳中和、碳达峰”的战略目标和生物经济发展具有重要的意义。微生物工业菌种是生物发酵产业的核心,直接影响原料路线、产品种类和生产成本。创新发酵工业菌种,提升其原料转化利用效率,提高产物生产水平,拓展产品种类,是生物发酵产业高质量发展的关键。近年来,合成生物学、系统生物学等学科的发展,进一步加深了研究者对微生物底盘细胞生理代谢机制的理解,加速了基因编辑等菌种设计创制使能技术的发展,为发酵工业菌种改造提升提供了新动能。本文选取了具有代表性的大宗氨基酸、B族维生素、柠檬酸、燃料乙醇等发酵产业,从其工业微生物底盘的基础研究和技术开发角度,综述发酵工业菌种改造提升的最新进展,并展望人工智能、自动化与生命科学交叉融合将对工业菌种迭代产生的重要影响。

关键词：氨基酸柠檬酸维生素燃料乙醇谷氨酸棒杆菌枯草芽孢杆菌黑曲霉酿酒酵母

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水滑石类材料在污染治理中的应用及研究进展

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材料导报 2007年第7期21卷 86-89页

作者：沙宇张诚王显妮朱秀华王琦西北工业大学理学院应用化学系西安710072 陕西省石油化工研究设计院橡胶所西安710054 陕西省气象局陕西省气候中心西安710014

水滑石类材料是一类双金属层柱状化合物,因具有特殊的层间离子交换性能和结构记忆效应,在环境污染治理中可作为催化剂、吸附剂和螯合剂,分别用于低温催化还原气态污染物、修复阴离子污染水体和螯合重金属阳离子。针对国内外研究现状,讨... 详细信息

水滑石类材料是一类双金属层柱状化合物,因具有特殊的层间离子交换性能和结构记忆效应,在环境污染治理中可作为催化剂、吸附剂和螯合剂,分别用于低温催化还原气态污染物、修复阴离子污染水体和螯合重金属阳离子。针对国内外研究现状,讨论了水滑石类材料在环境污染治理中的应用及最新研究进展。具有螯合性能的水滑石类材料有可能发展为一种新的处理重金属污染的水体净化剂。

关键词：水滑石类材料催化作用吸附作用螯合作用

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刘小斌教授辨治脊髓延髓性肌萎缩经验

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湖南中医药大学学报 2021年第10期41卷 1620-1624页

作者：晏显妮江其龙刘小斌广州中医药大学第一附属医院广东广州510405 广州中医药大学邓铁涛研究所广东广州510405

脊髓延髓性肌萎缩是一种遗传性位于脑干和脊髓的运动神经元神经退行性疾病,为临床罕见疑难病症,需要依靠基因检测确诊,西医目前缺乏特异性治疗方法。刘小斌教授认为本病归属于中医学“痿证”范畴,病机为“禀赋残缺,胎元不足”“脾胃虚损... 详细信息

脊髓延髓性肌萎缩是一种遗传性位于脑干和脊髓的运动神经元神经退行性疾病,为临床罕见疑难病症,需要依靠基因检测确诊,西医目前缺乏特异性治疗方法。刘小斌教授认为本病归属于中医学“痿证”范畴,病机为“禀赋残缺,胎元不足”“脾胃虚损,肝肾亏虚”。刘教授临床治疗本病多以黄芪、五指毛桃、鹿角霜、紫河车及其他补益之药“调理脾胃,培补肝肾,充盈气血”,注重药食同调,灸药结合,中西医并用;将其中医证型分为脾胃气虚证和脾肾亏虚证,疾病早期以补中益气汤为基础方加减治疗,病至后期,以补中益气汤合地黄饮子加减。

关键词：脊髓延髓性肌萎缩补中益气汤临床经验刘小斌禀赋

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中医药辨治肯尼迪病2例

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现代中医药 2019年第5期39卷 1-3,12页

作者：晏显妮刘小斌陈瑞芳张高广州中医药大学第一临床医学院广东广州510405 广州中医药大学第一附属医院广东广州510405

肯尼迪病是一种X连锁隐性遗传性疾病,属于临床罕见的疑难病症。刘小斌教授为国医大师邓铁涛教授学术继承人,认为本病多因先天禀赋不足,脏腑虚损所致,并传承邓铁涛教授'强肌健力,益气健脾,培补肝肾'法治疗本病,所用方药对于延缓肯尼迪病... 详细信息

肯尼迪病是一种X连锁隐性遗传性疾病,属于临床罕见的疑难病症。刘小斌教授为国医大师邓铁涛教授学术继承人,认为本病多因先天禀赋不足,脏腑虚损所致,并传承邓铁涛教授'强肌健力,益气健脾,培补肝肾'法治疗本病,所用方药对于延缓肯尼迪病患者症状进展,提高生活质量取得不错的疗效。2例基因确诊的患者,病程较长,长期规律服用中药调理,随访数年,现可正常进行日常活动,故以分享,以飧同道。

关键词：中医药肯尼迪病临床辨治病案报导

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压缩空气余热利用及减排效果研究

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油气田地面工程 2023年第6期42卷 79-83页

作者：宋涛涛槐鲜妮程思勇王兴华张琦倪丰平向煜琪中国石油新疆油田公司实验检测研究院新疆维吾尔自治区油气田环保节能工程研究中心华电克拉玛依发电有限公司新疆油田公司采油一厂

电驱动压缩机工作压缩过程中部分电能转为热能,压缩介质温升显著。为提高压缩空气余热利用效率,以往复式压缩机一级、二级、三级压缩空气为热源,对压缩机的余热系统分析得知,压缩空气的余热能满足站区采暖用热。根据实际运行情况,在确... 详细信息

电驱动压缩机工作压缩过程中部分电能转为热能,压缩介质温升显著。为提高压缩空气余热利用效率,以往复式压缩机一级、二级、三级压缩空气为热源,对压缩机的余热系统分析得知,压缩空气的余热能满足站区采暖用热。根据实际运行情况,在确保安全条件下,增加压缩空气余热利用采暖系统,取代原有蒸汽换热采暖方式,可达到压缩空气余热利用的目的。经过一个采暖季的运行,压缩空气在正常生产注气任务的基础上,完全可满足站区采暖用热需求,年节约天然气19.7×10^(4)m^(3)(标况),年节约蒸汽费用251万元,年二氧化碳减排4252.7 t,既提高了能源的利用效率,又减少了能源的消耗和二氧化碳排放。

关键词：往复式压缩机压缩空气余热利用节能减排效益

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