香菇HMG-box转录因子lelcrp1基因的功能

【目的】研究香菇(Lentinula edodes) HMG-box转录因子LELCRP1 (Lentinula edodes lignocellulase genes regulation protein 1)在木质纤维素降解相关酶基因表达中的功能与作用。【方法】通过double-joint及同源重组方法构建lelcrp1基因RNAi载体,采用根癌农杆菌介导转化的方法转入香菇异核菌株W1菌丝中,筛选得到RNAi转化子,通过Southern杂交检测插入片段在菌株W1基因组中的拷贝数量。采用荧光定量PCR检测RNAi转化子木质纤维素降解酶基因表达水平变化,并在含有3.5μg/mL潮霉素的MYG平板上测定RNAi转化子的菌丝生长速度。【结果】获得了4个lelcrp1基因表达水平与出发菌株W1相比显著下调6–7倍的RNAi转化子。Southern杂交结果显示,lelcrp1基因RNAi片段已成功整合至香菇菌株W1基因组内,并以单拷贝形式存在。对其中2个RNAi转化子的26个木质纤维素降解酶基因表达水平进行分析,发现其中9个纤维素酶基因、1个半纤维素酶基因、2个辅助酶AA9基因和1个锰过氧化物酶基因的表达水平均表现出明显的下调。平板生长试验表明,RNAi转化子菌丝生长速度均显著慢于出发菌株W1。【结论】通过RNAi技术成功抑制了香菇异核菌株中lelcrp1基因表达水平,并导致部分纤维素及木质素酶基因表达水平相应下调,首次发现HMG-box结构域的转录因子能调控木质纤维素降解相关酶基因表达。     

产木质纤维素降解酶真菌的筛选及产酶特性

【背景】利用微生物处理秸秆引起研究者的广泛关注。【目的】筛选生长速度快、木质纤维素降解酶活性强的真菌菌株,用于植物秸秆降解和高效利用。【方法】从自然界采集的样品中分离纯化真菌菌株,利用PDA-愈创木酚和PDA-羧甲基纤维素钠平板初筛,再经过液体发酵检测漆酶酶活、羧甲基纤维素酶酶活及菌丝生长速率复筛目的菌株,通过内转录间隔区(internal transcribed spacer,ITS)测序法对目的菌株进行鉴定,对目的菌株产漆酶和羧甲基纤维素酶活力进行测定及酶学性质研究。【结果】从样品中分离纯化到18株真菌,通过初筛筛选出9株产木质纤维素降解酶真菌菌株,再经过复筛,筛选出一株产漆酶、羧甲基纤维素酶活力高、菌丝生长快的菌株M1,经过分子生物学鉴定M1为糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus),其漆酶酶活为(243.59±1.11)U/mL,羧甲基纤维素酶酶活为(36.03±0.63) U/mL。在5 d的培养期内,菌丝生长速率为(9.43±0.32) mm/d。对菌株M1的发酵粗酶液的酶学性质进行了检测分析,结果表明,所产的漆酶在pH5.0-6.5相对酶活为90%以上,在pH ...     

沉默里氏木霉组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因对纤维素酶表达的影响

【背景】里氏木霉(Trichoderma reesei)是一种比其他真菌小很多的多细胞真核微生物,在工业上受到广泛应用,而里氏木霉QM9414是目前研究最多基因产纤维素酶丰富的突变菌株。【目的】构建里氏木霉中组蛋白赖氨酸甲基化酶(Histone Lysine Methyltransferase)基因hkmt的siRNA沉默载体和过表达载体来降低或者增强hkmt在里氏木霉QM9414中的表达量,以分析其对里氏木霉纤维素代谢的调控作用。【方法】根据里氏木霉hkmt序列设计siRNA沉默片段并用反转录的方法获得过表达hkmt片段。将沉默片段和过表达片段克隆至里氏木霉组成型表达载体中,构建沉默hkmt的载体和过表达hkmt的载体,并将其转化里氏木霉QM9414。通过荧光显微镜观察重组菌的菌丝生长情况,此外对各重组菌进行纤维素酶的滤纸酶活性(Filter Paper Enzyme Activity,FPA)和羧甲基纤维素钠酶活性(Carboxymethyl Cellulose Enzyme Activity,CMCA)的测试;利用荧光定量PCR的方法检测hkmt、纤维素酶基因cbh1、egl1及木聚糖酶激活因子xyr1的表达量变化。【结果】通过使用荧光显微镜观察,发现沉默、过表达hkmt重组菌的菌丝形态均与出发菌株无明显差异。荧光定量PCR测定结果表明,沉默载体和过表达载体可以分别沉默和促进hkmt的表达。沉默hkmt重组菌株中FPA和CMC酶活力相比出发菌平均升高2.5倍。此外,纤维素酶相关基因和激活因子在沉默hkmt重组菌中的表达量均有所增加,但是在过表达hkmt重组菌株中以上相应指标均呈现相反的趋势。【结论】组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因表达产物负调控里氏木霉产纤维素酶基因的表达,这为提高里氏木霉产纤维素酶水平提供了参考,并为里氏木霉产纤维素酶的表观遗传调控研究提供了新的证据。     

白蚁栖息环境中蜡状芽孢杆菌的分离及其纤维素酶活性分析

【目的】了解白蚁栖息环境中有无降解纤维素的微生物。【方法】以羧甲基纤维素钠为唯一碳源,利用刚果红染色,根据透明圈大小进行筛选。通过显微形态、革兰氏染色及16S rRNA基因序列分析对菌株进行鉴定。DNS法测定菌株产纤维素酶与生长周期的关系,并进一步分析纤维素酶性质。【结果】从台湾乳白蚁(Coptotermes formosanus Shiraki)栖息环境中筛选到一株具有较高纤维素酶活性,革兰氏阳性菌株TT15,16S rDNA序列分析鉴定为蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus Gd2T)。菌株培养前12 h没有纤维素酶活性,随着培养时间的增加,纤维素酶活性逐渐增大;当生长达到稳定期(48 h),酶活性达到最大并保持稳定。菌株TT15纤维素酶活性的最适pH和最适反应温度分别为5.0和50°C。【结论】从白蚁栖息环境中分离到一株具有较高纤维素酶活的蜡状芽孢杆菌TT15,可作为产细菌纤维素酶的优良菌株。     

里氏木霉翻转酶DRS2对木质纤维素降解酶基因表达及分泌的影响

【目的】本研究以工业生产菌株里氏木霉为研究对象,鉴定翻转酶基因drs2对其纤维素酶表达及分泌的影响。【方法】首先通过BLAST序列比对,从里氏木霉中鉴定出翻转酶基因drs2,并通过同源重组的方法在里氏木霉中构建了drs2基因的敲除菌株△drs2。对△drs2菌株及其对照株在不同碳源上的生长发育、蛋白分泌、纤维素酶及半纤维素酶的表达水平等进行比较分析,并对DSR2蛋白进行了亚细胞定位。【结果】与对照菌株Cpyr4相比,△drs2菌株在葡萄糖、乳糖、微晶纤维素(avicel)等条件下生长速率都明显降低。△drs2菌株在纤维素诱导条件下的总蛋白分泌量、纤维素酶活力、半纤维素酶活力均显著提高,但drs2基因的缺失并不影响关键纤维素酶基因的转录水平。DRS2蛋白位于里氏木霉菌丝近顶端的顶体位置。【结论】在纤维素为唯一碳源的条件下,drs2基因的缺失导致纤维素酶的产量显著提高,drs2基因不调控纤维素酶基因的转录,而是在其分泌过程中发挥作用。     

三株高效秸秆纤维素降解真菌的筛选及其降解效果

【目的】利用多种筛选方法,获得高效秸秆纤维素降解真菌,并研究其秸秆纤维素的降解能力。【方法】采用滤纸片孔洞法、滤纸条降解法、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)水解圈测定法、秸秆失重法、纤维素分解率测定法、胞外酶活测定法等常规秸秆纤维素降解菌的筛选方法。【结果】筛选到3株具有较强纤维素降解能力的真菌菌株,经初步鉴定菌株98MJ为草酸青霉(Penicillium oxalicum)、菌株W3为木霉(Trichoderma sp.)、菌株W4为扩张青霉(Penicillium expansum)。菌株W4具有非常强的秸秆纤维素降解能力,10d内对秸秆的降解率可达56.3%,对纤维素、半纤维素和木质素的分解率分别为59.06%、78.75%和33.79%。菌株W4的胞外纤维素酶活力在14.25-49.75U/mL之间。【结论】筛选获得3株高效秸秆纤维素降解真菌菌株,其中菌株W4的纤维素酶活高于已报道的菌株,是一株十分具有研究开发潜力的纤维素酶生产菌株。     

高效降解纤维素低温真菌的筛选、鉴定及发酵优化

【背景】纤维素的生物转化已经成为能源、环境和化工领域的研究热点,但可降解纤维素的低温真菌鲜有报道。【目的】从西藏高海拔的植物根际土壤中筛选具有高效降解纤维素能力的低温真菌,优化其产酶条件,为其工业化应用奠定基础。【方法】利用稀释平板涂布法、刚果红定性及酶活定量分析进行低温降解菌的筛选;根据菌株形态学特征及ITSrDNA序列分析对其进行鉴定;利用单因素实验和响应面优化法优化其产酶条件。【结果】分离筛选到一株高效产纤维素酶的低温真菌NLS-2;鉴定菌株NLS-2为青霉菌属;在低温15°C下,其产纤维素酶的最佳培养条件为稻草粉2.5%,酵母粉0.5%,KH2PO40.5%,发酵时间7d,pH6.5,摇床转速170r/min。【结论】青霉菌NLS-2可在低温条件下生长并具有较强的纤维素酶生产能力,具有良好的应用前景。     

裂解性多糖单加氧酶HcLPMO与纤维素酶协同降解纤维素

【目的】为研究HcLPMO的活性测定方法及其与纤维素酶的协同降解特性。【方法】利用大肠杆菌表达系统进行HcLPMO异源表达,研究以AmplexTM Ultra Red为荧光底物的LPMOs活性检测条件;研究HcLPMO与纤维素酶最优配比协同降解微晶纤维素及其他多种生物质底物的能力。【结果】表达条件确定最适装液量为20%,最适诱导温度为20°C。活性测定研究结果表明HcLPMO需先与铜离子结合才具有活性,电子供体抗坏血酸钠(ASC)最适浓度为10–4 mol/L,并发现AmplexTM Ultra Red浓度以及辣根过氧化物酶浓度对酶活的检测影响较小。HcLPMO与纤维素酶协同降解微晶纤维素研究确定HcLPMO与纤维素酶最优配比为2:3,葡萄糖产量相较纤维素酶单独作用提高了99.48%。此外,针对多种生物质底物,发现该酶与纤维素酶的复配体系对汽爆玉米秸秆和微晶纤维素的协同降解效果较好,相较于单独用纤维素水解酶,葡萄糖产量分别提高了63.81%和59.43%,而对碱处理玉米芯和木薯渣降解效果次之,葡萄糖产量仅分别提高35.41%和11.06%。【结论】HcLPMO与纤维素酶复配能够有效提高酶法降解纤维素效率;而底物前处理如蒸汽爆破或碱处理对于HcLPMO与纤维素酶协同降解木质纤维素影响较大。     

纤维素降解菌烟曲霉HZ1的基因组测序及生物信息学分析

【目的】烟曲霉Aspergillus fumigatus作为一类具有纤维素降解能力的真菌,对其基因组的研究,将有利于从A. fumigatus中挖掘和开发利用与纤维素降解相关的酶资源。【方法】利用CMC选择培养基和刚果红染色法从长足大竹象肠道中分离和筛选出纤维素降解菌A. fumigatus HZ1,同时采用Illumina PE150平台进行基因组测序,随后进行了相关的生物信息学分析,此外还利用了DNS法测定了其纤维素酶活。【结果】纤维素降解菌A. fumigatus HZ1基因组大小为27.45 Mb,GC含量为49.43%;通过NR、KOG、GO、Swissprot、eggNOG、KEGG和Pfam数据库注释结果表明基因组包含9473个基因;同时碳水化合物活性酶(CAZyme)注释结果表明基因组含有534个CAZyme基因,并与其他4种A. fumigatus基因组CAZyme分布无显著差异;本研究还鉴定出多种与木质纤维素降解相关的纤维素酶基因、半纤维素酶基因和木质素酶基因;此外纤维素酶活结果表明,在CMC培养基中其酶活呈上升趋势且具有较高活性。【结论】本研究首次对A. fumigatus HZ1基因组进行了测序和分析,探讨了其纤维素降解的遗传基础,并通过酶活验证了其纤维素降解潜力,为该菌的实际应用提供了理论基础。     

居瘤胃解纤维素菌细胞密度与纤维素酶的合成

居瘤胃解纤维素菌(Cellulosilyticum ruminicola)H1是本实验室分离自青海牦牛瘤胃的一株新的纤维素降解细菌。前期研究发现,菌株H1在滤纸纤维素上连续传代数次后无法生长,只有在纤维素降解产物纤维二糖中培养后方能继续在纤维素中生长,并恢复其纤维素降解活性。这与纤维素酶合成受"代谢产物抑制"的传统认识相悖。【目的】证明菌株H1的纤维素酶合成受细胞密度调控。【方法】检测菌株H1的纤维素酶活和转录水平在高和低密度细胞培养物中差异,并检测高密度细胞培养物中的寡肽对低密度细胞纤维素酶活和转录水平的促进作用。【结果】菌株H1的高密度细胞培养物的纤维素酶活和转录水平比低密度细胞的高3-10倍;并且高密度细胞培养液能显著提高低密度细胞纤维素酶活和转录水平。【结论】居瘤胃解纤维素菌(Cellulosilyticum ruminicola)H1纤维素酶的合成受细胞密度调控。     

大熊猫肠道纤维素分解菌的分离鉴定及产酶性质

【目的】从健康大熊猫新鲜粪便中分离具有纤维素酶活性的菌株,并对其进行菌种鉴定及产酶性质研究。【方法】利用羧甲基纤维素钠培养基分离纯化具有较高纤维素酶活性的菌株,根据形态学特征、生理生化特性以及16S rDNA分析对其进行分类鉴定,研究影响该菌株纤维素酶的产酶条件,以及对不同纤维素底物的降解情况。【结果】分离得到一株纤维素酶产生菌株P2,该菌株为好氧的革兰氏阳性细菌,生长温度范围20-50℃(最适温度37℃),pH范围6.0-9.0(最适pH7.0),NaCl浓度范围0%-15%(最适2%NaCl),培养24h达到产酶高峰。16S rDNA基因序列分析显示,菌株P2与解淀粉芽胞杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)NBRC15535相似性为99.66%。该菌株对四种纤维素底物(滤纸、脱脂棉、秸秆、竹纤维)均有不同程度的降解,内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶和总酶活具有不同的酶活变化。【结论】本研究首次从大熊猫粪便中分离出了好氧纤维素分解菌,并鉴定为解淀粉芽胞杆菌,对上述四种纤维结构均有一定的破坏和分解作用,为进一步研究大熊猫竹纤维消化机制提供了菌源。     

产外切葡聚糖酶真菌的筛选鉴定及毕赤酵母中的表达

【目的】外切葡聚糖酶是纤维素酶组分中一类对结晶纤维素有降解作用的酶类,如何提高外切葡聚糖酶活力是研究的关键问题。【方法】从筛选鉴定得到的一株产外切葡聚糖酶酶活较高的黑曲霉Asp-524菌株出发,通过PCR技术克隆得到外切葡聚糖酶基因序列,生物学信息分析后,构建了毕赤酵母诱导型表达载体,实现了该基因在毕赤酵母中的成功表达。【结果】抗性筛选得到的阳性转化子,用终浓度为1%甲醇诱导5 d后,酶活达到4.74 U/mL。酶学性质分析显示重组外切葡聚糖酶最适pH为5.0,pH稳定性分析显示在pH为4.0-6.0范围内相对稳定,酶活能保持在最高酶活力的80%以上,最适反应温度为50°C,经60°C保温1 h后,酶活仍能保持80%以上。【结论】结果说明该外切葡聚糖酶具有较好的热稳定性和pH稳定性,这一研究为纤维素酶的实际应用奠定了一定基础。     

Molecular cloning and nucleotide sequence of the alkaline cellulase gene from the alkalophilic Bacillus sp. strain 1139

The cellulase gene from the alkalophilic Bacillus sp. strain 1139 was cloned in Escherichia coli using pBR322. Plasmid pFK1 was isolated from transformants producing cellulase, and the cloned cellulase gene was found to be in a 4 X 6 kb HindIII fragment. The cellulase gene was subcloned in a functional state on a 2 X 9 kb DNA fragment and its nucleotide sequence was determined. The coding sequence showed an open reading frame encoding 800 amino acids. The pFK1-encoded cellulase had the same enzymic properties as the extracellular cellulase produced by the alkalophilic Bacillus sp. strain 1139, but its Mr was slightly higher.     

The first evidence that a single cellulase can be essential for cellulose degradation in a cellulolytic microorganism

Cellulose is the most abundant carbon source in nature but it is very difficult to degrade because of its insolubility, quasi‐crystalline structure and its presence in plant cell walls in a matrix with other polymers that limit access to the cellulose surface. Most cellulose in soils is degraded by cellulolytic microorganisms that use a number of different approaches to overcome the recalcitrance of cellulose in plant cell walls. All of these approaches involve multiple cellulases and, since cellulose is insoluble and microorganisms cannot ingest particles, the cellulases are present outside of the cell although they can be attached to its outer surface. An impressive article by Tolonen et al. in this issue of Molecular Microbiology shows that deletion of the single family 9 cellulase gene in Clostridium phytofermentans prevents growth on cellulose although the mutant strain grows perfectly well on glucose and its other cellulase genes are transcribed normally. These results show for the first time that a single cellulase can be essential for cellulose degradation by an organism despite the presence of several other cellulases. It will be interesting to learn the detailed mechanism that C. phytofermentans uses to degrade cellulose.     

小龙虾肠道产木聚糖酶细菌的分离与鉴定

【背景】小龙虾肠道微生物是小龙虾降解纤维素和半纤维素的主要驱动力。【目的】研究肠道内细菌的相对丰度,为揭示肠道微生物在小龙虾纤维素降解过程中的作用提供理论支撑。【方法】采用纯培养法从小龙虾肠道筛选产木聚糖酶细菌,并且对小龙虾肠道细菌进行16S高通量测序。【结果】形态学和16SrRNA基因分子鉴定表明,筛选到的4株产木聚糖酶细菌均属于芽孢杆菌科芽孢杆菌属;结合进一步的生理生化特征鉴定,结果为:菌株Z-3为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),菌株Z-4为贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis),菌株Z-29为蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus),菌株Z-30为高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis);16S rRNA基因高通量测序结果表明:在属水平上,小龙虾肠道细菌主要是Candidatus Bacilloplasma、拟杆菌属、弧菌属、不动杆菌属、Dysgonomonas、Tyzzerella3、气单胞菌属和希瓦氏菌属细菌。【结论】小龙虾肠道内细菌资源丰富,且芽孢杆菌属细菌在木质纤维素降解过程中发挥一定功能。     

Simultaneous cloning and expression of two cellulase genes from Bacillus subtilis newly isolated from Golden Takin (Budorcas taxicolor Bedfordi)

A bacterial strain with high cellulase activity was isolated of feces sample of Golden Takin (Budorcas taxicolor Bedfordi). The bacterium was classified and designated Bacillus subtilis LN by morphological and 16SrDNA gene sequence analysis. Two putative cellulase genes, CelL15 and CelL73, were simultaneously cloned from the isolated strain by PCR. The putative gene CelL15 consisted of an open reading frame (ORF) of 1470 nucleotides and encoded a protein of 490 amino acids with a molecular weight of 54 kDa. The CelL73 gene consisted of an open reading frame (ORF) of 741 nucleotides and encoded a protein of 247 amino acids with a molecular weight of 27 kDa. Both genes were purified and cloned into pET-28a for expression in Escherichia coli BL21 (DE3). The ability of E. coli to degrade cellulose was enhanced when the two recombinants were cultured together.     

Biochemistry and genetics of actinomycete cellulases.

The order Actinomycetales includes a number of genera that contain species that actively degrade cellulose and these include both mesophilic and facultative thermophilic species. Cellulases produced by strains from two of the genera containing thermophilic organisms have been studied extensively: Microbispora bispora and Thermomonospora fusca. Fractionation of M. bispora cellulases has identified six different enzymes, all of which were purified to near homogeneity and partially characterized. Two of these enzymes appear to be exocellulases and gave synergism with each other and with the endocellulases. The structural genes of five M. bispora cellulases have been cloned and one was sequenced. Fractionation of T. fusca cellulases has identified five different enzymes, all of which were purified to near homogeneity and partially characterized. One of the T. fusca enzymes gives synergism in the hydrolysis of crystalline cellulose with several T. fusca endocellulases and with Trichoderma reesei CBHI but not with T. reesei CBHII. Each T. fusca cellulase contains distinct catalytic and cellulose binding domains. The structural genes of four of the T. fusca endoglucanases have been cloned and sequenced, while three cellulase genes have been cloned from "T. curvata". The T. fusca cellulase genes are expressed at a low level in Escherichia soli, but at a high level in Streptomyces lividans. Sequence comparisons have shown that there are no significant amino acid homologies between any of the catalytic domains of the four T. fusca cellulases, but each of them shows extensive homology to several other cellulases and fits in one of the five existing cellulase gene families. There have been extensive studies of the regulation of the synthesis of these cellulases and a number of regulatory mutants have been isolated. This work has shown that the different T. fusca cellulases are coordinately regulated over a 100-fold range by two independent controls; induction by cellobiose and repression by any good carbon source.     

敲除组蛋白去乙酰化酶基因hdac对里氏木霉纤维素酶表达的调控作用

[背景]里氏木霉(Trichoderma reesei)是木霉属中产纤维素酶最具代表性的真菌之一,表观遗传调控是不涉及DNA序列变化的可遗传变化,组蛋白去乙酰化是其中一种。组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDAC)负责脱乙酰化,敲除去乙酰化酶基因可引起菌株孢子、菌丝及纤维素酶活性等的一系列改变。[目的]通过敲除里氏木霉组蛋白去乙酰化酶基因(histone deacetylase,hdac)建立了里氏木霉hdac缺失突变株(T.reesei△hdac),以研究对纤维素酶基因表达的调控作用。[方法]利用Split-Maker技术构建了组蛋白去乙酰化酶基因敲除表达盒,并转化了里氏木霉T.reesei QM9414。经PCR及Southern blotting验证正确后,对突变体T.reesei△hdac连续7 d检测滤纸酶活(filter paper activity,AFP)、羧甲基纤维素钠酶活(carboxymethyl cellulase activity,CMCA),利用RT-qPCR检测纤维素酶及其相关基因cbh1、egl1和xyr1的表达。[结果]突变体T.reesei△hdac两种酶活力均显著高于出发菌株,分别高出8.00、30.00 IU/mL。突变体T.reesei△hdac纤维素酶及其相关基因cbh1、egl1和xyr1的转录水平分别为出发菌株T.reesei QM9414的6.50、6.01和4.51倍。[结论]里氏木霉中纤维素酶的基因表达明显受到组蛋白去乙酰化酶基因(hdac)的调控,这为研究里氏木霉表观遗传调控对纤维素酶的影响提供了新的证据。