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pro-sigmak inhibitor-bofa基因敲除对嗜热厌氧杆菌SCUT27葡萄糖和木糖利用的影响

高校化学工程学报 2017年第5期31卷 1150-1155页

作者：屈春云傅宏鑫马毅王菊芳华南理工大学生物科学与工程学院广东广州510006

嗜热厌氧杆菌SCUT27(Thermoanaerobacterium aotearoense SCUT27,SCUT27)能同时利用木糖和葡萄糖,是发酵廉价木质纤维素获得乙醇及乳酸的优势菌株。为了提高该菌株对木糖和葡萄糖的利用效率,对其在葡萄糖、木糖和混合糖下不同时间点转... 详细信息

嗜热厌氧杆菌SCUT27(Thermoanaerobacterium aotearoense SCUT27,SCUT27)能同时利用木糖和葡萄糖,是发酵廉价木质纤维素获得乙醇及乳酸的优势菌株。为了提高该菌株对木糖和葡萄糖的利用效率,对其在葡萄糖、木糖和混合糖下不同时间点转录组数据分析的基础上,敲除pro-sigmak抑制因子bofa(pro-sigmak processing inhibitor bofa,bofa)基因,获得基因工程菌Δbofa。摇瓶发酵结果显示,与出发菌相比,当以木糖为唯一碳源时,突变株Δbofa对木糖的代谢速率提高51.43%,乳酸产率提高23.53%;以混合糖(葡萄糖:木糖为=1:1)为碳源时,Δbofa对木糖的代谢速率提高44.44%,乳酸和乙醇的产率分别提高43.75%和20.00%。由此可见,pro-sigmak抑制因子bofa是木糖利用的负调控因子,其功能有待进一步研究。

关键词：嗜热厌氧杆菌SCUT27 基因敲除 pro-sigmak抑制蛋白bofa 葡萄糖和木糖共利用

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基因bofa和bglG对嗜热厌氧杆菌SCUT27糖代谢的影响

基因bofA和bglG对嗜热厌氧杆菌SCUT27糖代谢的影响

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作者：屈春云华南理工大学

学位级别：硕士

生物质能是21世纪主要的新能源之一,含量丰富的生物质经预处理后可以获得可发酵性的葡萄糖和木糖(质量比约为2:1)。利用生物质资源获得高附加值的清洁能源,迫切需要一株能够同时高效利用葡萄糖和木糖的生物催化剂。嗜热厌氧杆菌(Thermoa... 详细信息

生物质能是21世纪主要的新能源之一,含量丰富的生物质经预处理后可以获得可发酵性的葡萄糖和木糖(质量比约为2:1)。利用生物质资源获得高附加值的清洁能源,迫切需要一株能够同时高效利用葡萄糖和木糖的生物催化剂。嗜热厌氧杆菌(Thermoanaerobacterium aotearoense SCUT27,SCUT27)能同时利用木糖和葡萄糖生产乳酸、乙醇和氢气,是能够发酵廉价底物获得生物质能源及生物基化学品的优势菌株。因此研究该菌中木糖和葡萄糖共利用的分子机制,从而进一步提高SCUT27对木糖和葡萄糖的利用能力具有重要的理论研究意义和应用价值。基于葡萄糖、木糖和混合糖为碳源下的SCUT27的转录组数据,本论文选取在混合糖条件下特异性表达的pro-sigmak抑制蛋白bofa编码基因(bofa)和在木糖存在下高效表达的抗转录抑制因子 BglG(transcriptional antiterminator BglG,BglG)编码基因(bglG)为研究对象,分别对它们进行基因敲除或过表达,从而探讨它们在糖类代谢中的功能,为工业化应用提供可能的工程菌株。基于lc1|NC17992.1dsidP06391243.1(bofa)和TSac568(bglG 的基因序列设计上下游同源臂,以耐热的卡那霉素抗性基因作为筛选标记,以pBluescriptⅡSK(+)为基础敲除载体,在卡那抗性基因的两端分别连接上下游同源臂,构建敲除载体进行基因敲除,并通过PCR验证、Southern blot验证,最终获得工程菌SCUT27/△bofa和SCUT27/△bglG。采用pIKMI为表达载体,卡那霉素为抗性筛选标记,成功获得过表达工程菌SCUT27/bglG。与原始菌株相比,当以木糖为唯一碳源时,突变株SCUT27/△bofa对木糖的代谢速率提高51.43%,乳酸产率提高23.53%;以混合糖(葡萄糖:木糖为=1:1)为碳源时,SCUT27/△bofa对木糖的代谢速率提高44.44%,乳酸和乙醇的产率分别提高43.75%和20%。因此pro-sigmak抑制因子bofa是木糖利用的负调控因子,其功能有待于进一步研究。与原始菌株相比,当以木糖为唯一碳源时,SCUT27/△bglG对木糖的代谢速率降低68.57%,过表达菌株SCUT27/bglG对木糖的代谢速率提高31.74%。当以混合糖为碳源时,SCUT27/△bglG对木糖的代谢速率下降33.33%,过表达bglG后,SCUT27/bglG对木糖的代谢速率提高33.33%。结果表明BglG是木糖代谢的正调控因子。以木糖为唯一碳源时,对数生长后期,SCUT27/△bglG木糖异构酶的酶活较SCUT27提高61.54%。以混合糖为碳源,对数生长后期,SCUT27/△bglG木糖异构酶的酶活较SCUT27提高17.03%。酶活的提高与xi的RNA转录水平提高相符。在木糖或混合糖为碳源时,木糖转运蛋白相关基因xylf在工程菌SCUT27/△bglG中RNA转录水平下调显著。BglG促进木糖代谢可能与木糖转运有关。综上所述,pro-sigmak抑制因子bofa是木糖代谢的负调控因子,解除bofa的负向调控作用后,与木糖代谢相关的关键基因xi、xk和xylf皆转录水平上调;而BglG是木糖代谢的正调控因子,其促进木糖代谢可能与木糖转运有关。

关键词：嗜热厌氧杆菌基因敲除葡萄糖和木糖共利用 pro-sigmak抑制蛋白bofa 抗转录抑制因子BglG

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