黄原胶生物合成及分子调控

黄原胶(xanthan gum)是由黄单胞菌属(Xanthiomonas)产生的一种胞外多糖,其凭借优越的流变性和稳定性被广泛应用于食品、石油、农业等行业.目前黄原胶的合成途径已经被阐明,其研究主要集中在如何通过分子调控影响其合成及改性以适应于不同行业需求.通过对黄原胶的一级和二级结构、流变性及稳定性、生物合成途径的介...     

“组学”技术在燃料乙醇生产用酿酒酵母菌株构建中的应用

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是工业乙醇生产广泛使用的微生物,构建能同时发酵戊糖以及具有优良抑制物耐受能力的高产菌株,在燃料乙醇生产技术开发中具有十分重要的地位。基因组学、蛋白组学、转录组学、代谢组学和流量组学等"组学"技术可从基因型到表现型不同层次揭示生命活动规律,在燃料乙醇生产用酵母菌株的构建中具有广阔的应用前景,特别是目标基因的识别、代谢途径的优化、代谢机理的揭示等。运用"组学"技术可使菌株构建工作更具靶向性和明确性,更加易于获得目标性状,并大大缩短育种周期。综述了"组学"技术在燃料乙醇生产用酿酒酵母菌株构建中的应用及相关研究进展。     

可同化阿拉伯糖的木糖还原酿酒酵母菌株构建

[目的] 以秸秆等木质纤维素类生物质为原料生产液体生物燃料乙醇,目前生产成本高,大规模工业化生产尚有较大难度。构建能同化阿拉伯糖进行木糖还原生产木糖醇的重组酿酒酵母菌株,以实现原料中全糖利用、生产高附加值产品,实现产品多元化。[方法] 首先,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术依次向出发菌株中导入阿拉伯糖代谢途径和木糖还原酶基因,使菌株获得代谢阿拉伯糖和将木糖转化为木糖醇的能力;其次,通过适应性驯化的进化工程手段,提高重组菌株对阿拉伯糖的利用效率;最后,通过混合糖发酵验证重组菌株利用阿拉伯糖和还原木糖产木糖醇的能力。[结果] 通过导入植物乳杆菌的阿拉伯糖代谢途径,酿酒酵母菌株获得了较好的利用阿拉伯糖生长繁殖的能力;进一步导入假丝酵母的木糖还原酶基因后,重组菌株在葡萄糖作为辅助碳源条件下可高效还原木糖产木糖醇,但阿拉伯糖的利用能力下降。利用以阿拉伯糖为唯一碳源的培养基进行反复批次驯化,阿拉伯糖的利用能力得以恢复和提升,得到表型较好的重组菌株KAX3-2。该菌株在木糖（50 g/L）和阿拉伯糖（20 g/L）混合糖发酵条件下发酵72 h时,对阿拉伯糖和木糖利用率分别达到42.1%和65.9%,木糖醇的收率为64%。[结论] 本研究成功构建了一株能有效利用阿拉伯糖并能将木糖转化为木糖醇的重组酿酒酵母菌株KAX3-2,为后续构建、获得阿拉伯糖代谢能力更强、木糖醇积累效率更高菌株的工作奠定了基础。     

转醛醇酶基因差异表达影响酵母发酵木糖及耐受乙酸性能

【目的】木糖发酵是纤维素燃料乙醇生产的一个关键瓶颈,同时木质纤维素水解液中的乙酸严重抑制酿酒酵母的木糖发酵过程,因此通过基因工程手段提高菌株对木糖的利用以及对乙酸的耐受性具有重要意义。本研究以非氧化磷酸戊糖途径(PPP途径)中关键基因转醛醇酶基因(TAL1)为研究对象,探讨了3种不同启动子PTDH3、PAHP1和PUBI4,控制其表达对菌株利用木糖和耐受乙酸的影响。【方法】通过同源重组用3种启动子替换酿酒酵母基因工程菌NAPX37的TAL1基因的启动子PTAL1,再通过孢子分离和单倍体交配构建了纯合子,利用批次发酵比较了在以木糖为唯一碳源和混合糖(葡萄糖和木糖)为碳源条件下,3种启动子控制TAL1基因表达导致的发酵和乙酸耐受能力的差异。【结果】启动子PTDH3、PAHP1和PUBI4在不同程度上提高了TAL1基因的转录水平,提高了菌株对木糖的利用速率及乙酸耐受能力,提高了菌株在60 mmol/L乙酸条件下的葡萄糖利用速率。在以木糖为唯一碳源且无乙酸存在、以及混合糖为碳源的条件下,PAHP1启动子控制TAL1表达菌株的发酵结果优于PTDH3和PUBI4启动子的菌株,PAHP1启动子控制的TAL1基因的转录水平比较合适。在木糖为唯一碳源且乙酸为30 mmol/L时,PUBI4启动子控制TAL1基因表达的菌株发酵结果则优于PAHP1和PTDH3启动子菌株,此时PUBI4启动子控制的TAL1的转录水平比较合适。【结论】启动子PTDH3、PAHP1和PUBI4不同程度地提高TAL1基因的表达,在不同程度上改善了酵母菌株的木糖发酵速率和耐受乙酸性能,改善程度受发酵条件的影响。     

耐高温酿酒酵母的构建与高温耐受机制解析

旨在构建优良的高温耐受酿酒酵母菌株，并探究其高温耐受机制。通过CRISPR/Cas9技术在絮凝性工业酿酒酵母KF-7中敲除ASP3(编码L-天冬酰胺酶II)并进一步高表达CRZ1(编码具有锌指结构的转录因子Crz1p)，通过比较转录组解析重组菌株的高温耐受机制。结果显示，在44℃高温条件下，ASP3敲除菌株KAS11利用98.36 g/L葡萄糖产生43.68 g/L乙醇。在KAS11基础上高表达CRZ1后，菌株KASCR7发酵105.37 g/L葡萄糖产48.02 g/L乙醇。与KF-7相比，两个重组菌株的乙醇产量分别提升了4.77%和15.18%。比较转录组分析结果表明，在高温胁迫下，重组菌株的核糖体生物合成及翻译相关基因受到抑制，而热休克蛋白基因以及NAD⁺、NADH、嘌呤、甘油、脯氨酸等合成相关基因受到诱导，这些响应可能共同导致重组菌株的高温耐受性提升。研究结果可为构建高温耐受酿酒酵母菌株提供优良菌株资源和理论基础。