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大肠杆菌对木质纤维素水解液抑制物的胁迫耐受性

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生物技术通报 2023年第11期39卷 205-216页

作者：唐瑞琪赵心清朱笃汪涯江西省生物加工过程重点实验室江西科技师范大学生命科学学院南昌330013 微生物代谢国家重点实验室教育部代谢与发育科学国际合作联合实验室上海交通大学生命科学技术学院上海200240

木质纤维素类生物质是前景广阔的化石原料替代品,其生物炼制可生产生物能源、生物基化学品和生物材料等多种产品,可降低碳排放,有助于实现“双碳”目标,因此受到越来越多的关注。然而,木质纤维素生物炼制需要经过预处理、微生物发酵和... 详细信息

木质纤维素类生物质是前景广阔的化石原料替代品,其生物炼制可生产生物能源、生物基化学品和生物材料等多种产品,可降低碳排放,有助于实现“双碳”目标,因此受到越来越多的关注。然而,木质纤维素生物炼制需要经过预处理、微生物发酵和产物纯化等多个步骤,其中,预处理过程产生的多种化合物抑制微生物的细胞生长和发酵性能,是制约生物转化效率的瓶颈之一。大肠杆菌是木质纤维素生物炼制常用的宿主,被广泛应用于多种化合物的生产,研究其对木质纤维素水解液中抑制物的耐受性,对于提高木质纤维素生物炼制效率具有重要意义。本文首先介绍了木质纤维素的主要成分和基本结构,对木质纤维素的预处理方法以及预处理后水解液中的主要抑制物种类进行了简单阐述;随后,总结了木质纤维素水解液中几类主要抑制物呋喃类、羧酸类和酚类对大肠杆菌细胞的毒性,以及大肠杆菌对上述抑制物的胁迫响应机制和基于机制的菌株改造靶点;最后,综述了提高大肠杆菌对上述抑制物的胁迫耐受性的菌株改造策略,包括随机突变、实验室适应性进化和组学辅助的理性设计等,为利用代谢工程构建用于木质纤维素生物炼制的高效大肠杆菌菌株提供参考。

关键词：木质纤维素水解液抑制物胁迫耐受性大肠杆菌菌株改造呋喃类羧酸类酚类

氧化还原敏感型元件调控大肠杆菌氧化胁迫耐受性

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南京工业大学学报（自然科学版） 2022年第5期44卷 577-588页

作者：李婷婷王亮刘晨光上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240 大连工业大学生物工程学院辽宁大连116034

在大肠杆菌(Escherichia coli)中对自身和来自运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)的转录因子SoxR的氧化胁迫抗性及元件通路进行了验证与改造。胁迫测试表明,在***中过表达自身E-SoxR或异源表达Z-SoxR均不能提高菌株的胁迫耐受性。荧光... 详细信息

在大肠杆菌(Escherichia coli)中对自身和来自运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)的转录因子SoxR的氧化胁迫抗性及元件通路进行了验证与改造。胁迫测试表明,在***中过表达自身E-SoxR或异源表达Z-SoxR均不能提高菌株的胁迫耐受性。荧光定量分析表明,在***中,联合下游基因过表达E-SoxR增强了菌株对抑制物的梯度响应,异源表达Z-SoxR反而降低了菌株对抑制物的梯度响应。在***中,通过在SoxR下游连接抗性基因,分别获得了耐受H_(2)O_(2)和糠醛(furfural)胁迫的单基因菌株,进而构建双基因组合菌株,提升了大肠杆菌对双胁迫环境的耐受性,证明了氧化还原敏感型元件能够智能响应复杂抑制物条件下的胁迫。该研究为微生物利用木质纤维素水解液发酵生产奠定了基础。

关键词：大肠杆菌转录因子SoxR 氧化还原敏感型元件胁迫耐受性

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酵母细胞自絮凝提高抑制物胁迫耐受性初探

酵母细胞自絮凝提高抑制物胁迫耐受性初探

作者：何艳艳大连理工大学

学位级别：硕士

纤维素乙醇是可再生新型清洁能源,可缓解石油短缺和降低环境污染。纤维素乙醇生产原料预处理过程会释放有机酸和呋喃类等抑制物,严重影响了酵母生长和乙醇发酵。因此选育具有多种抑制物耐受性且乙醇发酵性能优良的菌株对于纤维素乙醇高... 详细信息

纤维素乙醇是可再生新型清洁能源,可缓解石油短缺和降低环境污染。纤维素乙醇生产原料预处理过程会释放有机酸和呋喃类等抑制物,严重影响了酵母生长和乙醇发酵。因此选育具有多种抑制物耐受性且乙醇发酵性能优良的菌株对于纤维素乙醇高效生产具有重要意义。本课题组初步研究发现酵母细胞自絮凝可提高抑制物耐受性,为探究酵母细胞自絮凝提高抑制物耐受性机制,以絮凝酵母SPSC01敲除絮凝基因FLO1获得的菌株SPSC01-△FLO1为对照,在抑制物胁迫下对SPSC01进行转录组检测和分析。前期研究发现SPSC01在糠醛香草酸胁迫下2-脱氧-6-磷酸葡萄糖磷酸酶基因DOG1、甘露糖蛋白基因TIR1和磷脂合成蛋白基因YOL032W表达量明显上调。构建了过表达菌株4126-DOG1、4126-TIR1和S288C-YOL032W,探究这3个基因与酵母抑制物耐受性的关系。结果表明,与4126-HO相比,4 g/L 5-HMF和5 g/L香草酸胁迫下4126-DOG1和4126-TIR1发酵时间缩短了12 h以上。在模拟水解液乙醇发酵过程中乙醇产率分别比4126-HO提高了41.9%和97.3%。与S288C-HO相比,S288C-YOL032W在3 g/L糠醛和2 g/L香草醛胁迫下菌体浓度分别提高了66.5%和42.9%,乙醇产率分别提高了167.9%和82.9%。表明过表达DOG1、TIR1和YOL032W能够显著提高酵母对5-HMF/糠醛和香草酸的耐受性。为探究分子水平和过程工程水平调控酵母细胞自絮凝与抑制物耐受性关系,运用不同强弱启动子调控FLO1基因表达,获得了不同絮凝性状的重组菌株:6525 P-FLO1>6525 P-FLO1>6525 P-FLO1(不添加抑制物)。5-HMF、乙酸和AFP(Acetic acid,furfural and phonel)胁迫下6525 P-FLO1生物量最高,其他抑制物胁迫下6525P-FLO1生物量最高,而6525 P-FLO1生长及乙醇生成最低。苯酚、糠醛和5-HMF胁迫对不同絮凝菌株乙醇生成存在不同程度的抑制作用。表明絮凝粒度越大的重组絮凝菌株抑制物耐受性和乙醇发酵性能越强。实际水解液不同转速调控重组菌株发酵结果显示,不同转速对6525-P-FLO1与6525-P-FLO1的影响不明显,6525 P-FLO1发酵性能随转速增加而降低;同一转速下6525 P-FLO1和6525 P-FLO1菌株的生物量和乙醇产量无明显差异,6525 P-FLO1的生物量和乙醇产量最低。相对于转速调控,不同启动子调控FLO1对絮凝酵母乙醇发酵和抑制物耐受性影响更大。不同絮凝重组菌株AFP转录组结果分析发现,强絮凝菌株中谷氨酰胺通透酶基因GNP1和NADH脱氢酶基因NDE1表达显著上调,实验以SPSC01为宿主,构建并获得了过表达菌株SPSC01-GNP1和SPSC01-NDE1。结果显示,两重组菌株对苯酚耐受性提高最为显著,二者生物量比SPSC01-HO提高了40%以上。New-AFP混合胁迫下乙醇产率分别比SPSC01-HO提高了32.0%和26.7%。表明过表达GNP1和NDE1使SPSC01获得乙酸、糠醛和苯酚耐受性和优良的乙醇发酵性能。

关键词：絮凝酵母乙醇发酵抑制物胁迫耐受性

香格里拉本土葡萄酒酵母的筛选及其胁迫耐受性分析

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中外葡萄与葡萄酒 2017年第3期 31-35页

作者：秦伟帅时磊党明明何霞红朱书生赵新节云南农业大学农业生物多样性与病害控制教育部重点实验室昆明650201 齐鲁工业大学山东省微生物工程重点实验室济南250353 山东省蓬莱万德福酒业有限公司山东烟台265600

本文对香格里拉葡萄酒产区葡萄果实及土壤中分离获得76株酵母菌株进行序列测定和生理特征分析。结果表明,这些菌株在亲缘关系上可归类于9个属10个种,其中优势菌株为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae),占5 2.6%,其次是巴布维红酵母(Rho... 详细信息

本文对香格里拉葡萄酒产区葡萄果实及土壤中分离获得76株酵母菌株进行序列测定和生理特征分析。结果表明,这些菌株在亲缘关系上可归类于9个属10个种,其中优势菌株为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae),占5 2.6%,其次是巴布维红酵母(Rhodosporidium babjevae)和葡萄酒有孢汉生酵母(Hanseniaspora vineae),分别占22.4%和7.9%。利用改良模拟葡萄汁培养基对菌株进行胁迫耐受性分析发现,酿酒酵母菌株CZ11和BZL12具有较高的酒精度、高糖和低温耐受性,具有冰酒发酵应用潜力。

关键词：香格里拉本土酵母筛选胁迫耐受性分析

AsflbA对茄链格孢无性产孢基因的调控及对胁迫耐受性的影响

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AsflbA对茄链格孢无性产孢基因的调控及对胁迫耐受性的影响

不同柑桔砧木对Mn过量胁迫耐受性存在明显差异

中国植物病理学会2021年学术年会

作者：赵冬梅白家琪常婧一李雪赵世勇殷姝新朱杰华河北农业大学植物保护学院

由茄链格孢引起的马铃薯早疫病是我国马铃薯生产中常见病害之一,常造成马铃薯减产和储藏过程中薯块腐烂。无性孢子是早疫病菌传播、侵染及致病的基础。flbA是丝状真菌无性产孢通路上游调控因子,本研究在获得茄链格孢AsflbA缺失突变株的... 详细信息

由茄链格孢引起的马铃薯早疫病是我国马铃薯生产中常见病害之一,常造成马铃薯减产和储藏过程中薯块腐烂。无性孢子是早疫病菌传播、侵染及致病的基础。flbA是丝状真菌无性产孢通路上游调控因子,本研究在获得茄链格孢AsflbA缺失突变株的基础上,为了明确AsflbA对茄链格孢无性产孢基因的调控方式,利用实时荧光定量PCR分析了无性产孢基因在野生株HWC-168和ΔAsflbA中表达量的变化情况。结果表明,诱导产孢48 h后,与野生株相比,AsvosA、Asabr2、AschsA共3个基因在ΔAsflbA中表达量下调,AsmedA、AswetA、AschsD、AsSlt2、AschsC、AsabaA、Asabr1、AsfluG、AsstuA共9个基因在ΔAsflbA中表达量上调。AsflbA基因正调控产孢相关基因AsvosA、Asabr2、AschsA,负调控产孢相关基因AsmedA、AswetA、AschsD、AsSlt2、AschsC、AsabaA、Asabr1、AsfluG、AsstuA。为了进一步明确AsflbA在茄链格孢分生孢子萌发及对细胞壁胁迫应答等方面发挥的作用,本研究对野生菌株HWC-168、ΔAsflbA中和ΔAsflbA-C进行胁迫处理。结果表明,与野生株HWC-168和ΔAsflbA-C相比,ΔAsflbA在G25N培养基上菌落颜色变浅,对渗透胁迫因子NaCl（0.5 mol/L）、KCl （0.5 mol/L）的耐受性无明显变化,但对山梨醇（1 mol/L）的耐受性减弱。在对孢子的萌发率研究中发现,与野生菌株HWC-168和ΔAsflbA-C相比,ΔAsflbA的孢子萌发率显著降低,下降了13.56%。进一步对野生菌株HWC-168、ΔAsflbA中和ΔAsflbA-C中几丁质含量及胞外酶活性进行了测定,发现与野生株HWC-168和ΔAsflbA-C相比,ΔAsflbA中几丁质含量和漆酶活性显著降低,分别下降了44.19%和33.33%。研究结果表明,AsflbA基因参与调控茄链格孢色素合成、孢子萌发、几丁质合成以及漆酶的活性。

关键词：马铃薯早疫病茄链格孢 AsflbA 产孢基因胁迫耐受性

来源： cnki会议评论

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中国果业信息 2021年第2期38卷 60-60页

作者：王世明

据《植物营养与肥料学报》2021年第1期《不同柑桔砧木对锰过量胁迫的耐受性及生理响应》(作者邱洁雅等)报道,土壤pH值影响土壤锰(Mn)有效性,酸性土壤易出现Mn过量问题,我国柑桔主要分布在南方红黄壤区,柑桔园酸性或强酸性土壤比例高,柑... 详细信息

据《植物营养与肥料学报》2021年第1期《不同柑桔砧木对锰过量胁迫的耐受性及生理响应》(作者邱洁雅等)报道,土壤pH值影响土壤锰(Mn)有效性,酸性土壤易出现Mn过量问题,我国柑桔主要分布在南方红黄壤区,柑桔园酸性或强酸性土壤比例高,柑桔园土壤Mn过量较普遍。为此,作者研究了4种柑桔砧木对Mn过量胁迫的耐受性和生理响应,以期为Mn过量土壤上适宜砧木的选择提供依据。

关键词：柑桔砧木柑桔园酸性土壤南方红黄壤土壤pH值锰过量胁迫耐受性

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植物花粉发育响应高温胁迫的研究进展

世界热带农业信息 2025年第2期 16-18页

作者：杨雅婷苏立新范明霞沈阳大学生命科学与工程学院

雄配子体或花粉的发育和功能是植物生命周期中对温度最敏感的过程之一,高温胁迫对花粉发育产生负面影响,可能导致花粉活性低、畸形或无法成功授粉,从而降低了植物的生殖成功率。植物为固着生长,无法利用运动等手段躲避温度的伤害,只有... 详细信息

雄配子体或花粉的发育和功能是植物生命周期中对温度最敏感的过程之一,高温胁迫对花粉发育产生负面影响,可能导致花粉活性低、畸形或无法成功授粉,从而降低了植物的生殖成功率。植物为固着生长,无法利用运动等手段躲避温度的伤害,只有通过一系列复杂的生理生化过程才能抵抗。研究高温胁迫对花粉的影响以及植物对这些影响的适应机制对于提高作物的高温胁迫耐受性至关重要。

关键词：雄配子体高温胁迫花粉发育生理生化过程适应机制花粉活性生命周期胁迫耐受性

ORP对酿酒酵母在木质纤维素水解液抑制物中发酵的影响

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化工学报 2015年第3期66卷 1066-1071页

作者：郝学密杜斌刘黎阳刘晨光白凤武大连理工大学生命科学与技术学院辽宁大连116024

木质纤维素水解液中的毒性副产物对酿酒细胞具有抑制作用,采用氧化还原电位(oxidoreduction potential,ORP)调控,能够提高细胞对抑制物的耐受性。考察了代表性抑制物乙酸、糠醛及苯酚对酵母细胞生长和代谢的影响,并通过添加氧化剂赤血盐... 详细信息

木质纤维素水解液中的毒性副产物对酿酒细胞具有抑制作用,采用氧化还原电位(oxidoreduction potential,ORP)调控,能够提高细胞对抑制物的耐受性。考察了代表性抑制物乙酸、糠醛及苯酚对酵母细胞生长和代谢的影响,并通过添加氧化剂赤血盐(K3[Fe(CN)6])和还原剂二硫苏糖醇(DTT)调节发酵液ORP初始值在(305±5)m V、(157±8)m V及(-150±5)m V,研究不同ORP条件下细胞对抑制物的耐受性影响。结果表明,氧化态能提高生物量并缩短发酵时间。除苯酚外,氧化态也利于提高乙醇的收率。对细胞保护剂甘油合成的方面,氧化态和还原态都会促进甘油合成。在水解液脱毒方面,氧化态表现比还原态要好,因为氧化态促进生物量积累,有利于通过细胞自身代谢脱毒。

关键词：木质纤维素抑制物胁迫耐受性氧化还原电位脱毒

黄酒酵母优良抗逆菌株的筛选、鉴定及发酵特性研究

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中国食品学报 2013年第9期13卷 71-77页

作者：杨鲁君蒋予箭李余动浙江工商大学食品与生物工程学院浙江省食品安全重点实验室杭州310012

从黄酒厂的麦曲、酒药、发酵醪中分离到52株菌株,通过比较这些菌株的耐乙醇和渗透压的能力,筛选出抗逆性强的菌株F-18。通过形态学、生理生化和rDNA ITS序列的系统发育分析,鉴定分离筛选到的菌株F-18为酿酒酵母,其进化关系与另两株分离... 详细信息

从黄酒厂的麦曲、酒药、发酵醪中分离到52株菌株,通过比较这些菌株的耐乙醇和渗透压的能力,筛选出抗逆性强的菌株F-18。通过形态学、生理生化和rDNA ITS序列的系统发育分析,鉴定分离筛选到的菌株F-18为酿酒酵母,其进化关系与另两株分离自台湾与北京地区的酿酒酵母菌最近,表明它们之间可能有共同的地域起源。黄酒发酵试验结果表明:菌株F-18的起酵速度快,对糖的转化利用能力高,黄酒中总酸、高级醇等含量适中。菌株F-18为酿造优质黄酒的酵母菌株,具有进一步开发利用的价值。

关键词：黄酒酵母筛选鉴定胁迫耐受性发酵