新一代高产甘油重组菌的构建及其初步发酵

产甘油假丝酵母(Candida glycerinogenes WL2002-5)是一株发酵生产甘油的工业化菌株。为进一步提高其产甘油能力,本研究利用前期研究中成功克隆的产甘油假丝酵母中甘油合成关键酶3-磷酸甘油脱氢酶基因CgGPD1,构建根癌农杆菌双元载体pCAM3300-zeocin-CgGPD1后,电击转化根癌农杆菌LBA4404,通过根癌农杆菌介导法(ATMT)转化产甘油假丝酵母,构建了产甘油假丝酵母重组菌。并从中筛选出一株酶活力和产甘油性能较好的产甘油假丝酵母重组菌株C.g-G8。以葡萄糖为底物摇瓶发酵96h后,重组菌C.g-G8的甘油产量比野生型菌株Candida glycerinogene提高18.06%,平均耗糖速率提高12.97%,平均酶活力提高27.55%。本研究成功利用ATMT法转化产甘油假丝酵母构建新一代高产甘油菌株。     

产甘油假丝酵母甘油代谢关键酶的研究

本文对产甘油假丝酵母的甘油代谢关键酶进行了研究,发现产甘油假丝酵母同化甘油能力极弱,少量葡萄糖明显改善其同化甘油的能力;线粒体3磷酸甘油脱氢酶受3磷酸甘油的强烈诱导,受葡萄糖代谢的阻遏。在甘油发酵过程中,产甘油假丝酵母胞浆3磷酸甘油脱氢酶酶活处于较高水平并在36h和60h时出现两次酶活高峰,其中第一次酶活峰值水平决定产甘油假丝酵母的甘油合成和积累水平,成为甘油高速积累期(18～48h)甘油合成的关键性的限速酶。在甘油发酵18～48h内,3磷酸甘油酯酶的酶活处于高水平,并在36h时出现酶活峰值;处于缓慢甘油积累阶段的48～72h间,3磷酸甘油酯酶已处于低水平表达,此时,3磷酸甘油酯酶则成为甘油合成的限速酶。产甘油假丝酵母稳定并高表达其胞浆3磷酸甘油脱氢酶基因并且其所表达的3磷酸甘油酯酶酶活远高于胞浆3磷酸甘油脱氢酶这一特征是其高产甘油根本所在。     

玉米浆在产甘油假丝酵母甘油发酵中的作用机理

以复合培养基和合成培养基进行比较发酵,研究了玉米浆在产甘油假丝酵母甘油发酵过程中的作用机理。结果表明:玉米浆中的磷、氮和微量元素是影响产甘油假丝酵母甘油发酵的3个关键因素。当玉米浆磷浓度为121·75mg/L(玉米浆浓度为14g/L),最大甘油转化率达到53·44%。玉米浆磷可以调节EMP途径与HMP途径之间碳架代谢流的分布,随着玉米浆浓度进一步增加,过量磷能抑制HMP途径而激活EMP途径,因而复合培养基各项发酵参数的变化非常显著。玉米浆氮对磷的调节功能有协同作用,但并不是产甘油假丝酵母甘油发酵的理想氮源。玉米浆中的微量元素能够显著提高葡萄糖的消耗速率、促进菌体的生长和增加甘油的产量。     

限磷对产甘油假丝酵母甘油合成与胞内磷积累的影响

研究了磷酸盐限量对产甘油假丝酵母甘油合成与胞内磷积累的影响。结果表明, 当酵母细胞从适磷或富磷培养基转接入低磷培养基时, 发酵过程中胞内积累的磷逐渐减少; 而当菌体从低磷培养基转接入适磷或富磷培养基时, 发酵过程中胞内聚磷酸盐的积累量迅速增加。当细胞在第14小时和第38小时从适磷培养基转接入低磷培养基时甘油得率分别高达60.9%和61.4%, 而甘油产率则分别为2.03 g/(L·h)和2.23 g/(L·h)。这些现象说明限制发酵培养基中的磷浓度是产甘油假丝酵母高产甘油的必要条件, 并为其反复分批发酵法生产甘油提供了重要依据。     

耐高渗压高产甘油的一个假丝酵母新种——产甘油假丝酵母

从自然标本中分离获得一高产甘油的菌株WL20025,仅发酵葡萄糖及微发酵蔗糖,能利用葡萄糖、蔗糖、乙醇生长,微利用甘油和柠檬酸,不利用肌醇、硝酸盐、赤藓醇、阿拉伯醇、甘露醇,与DBB显色反应为阴性,可在含500g/L葡萄糖或100mL/L醋酸的培养基中及40℃下生长,可在水活度为0890～0900的培养基中生长,出芽生殖,易形成“假丝酵母菌型”假菌丝,不进行有性生殖,线粒体DNA的分子量为20kb,是假丝酵母属的一个新种,定名为产甘油假丝酵母(Candida glycerolgenesis Zhuge[WTBZ] sp.nov.)。     

运用穿梭载体建立产甘油假丝酵母质粒基因文库

产甘油假丝酵母WL2002─5既具有耐高渗压性能,又能以葡萄糖为原材料高产甘油,且耐高渗压性能与高产甘油的能力相关。本研究以大肠杆菌—酿酒酵母穿梭质粒YEp51为载体,通过对产甘油假丝酵母WL2002─5高分子量染色体DNA的提取、Sau3AI部分酶切、体外重组等建立起产甘油假丝酵母WL2002—5的质粒基因文库,库容为5．3×105,已满足对WL2002—5某一特定基因的克隆。     

产甘油假丝酵母TRP1基因的克隆与功能分析

产甘油假丝酵母(Candida glycerinogenes) WL2002-5 是我国发酵甘油生产菌种, 具有高产甘油和耐高渗透压的优良性能。本文采用遗传互补的方法从产甘油假丝酵母基因文库中克隆了TRP1基因(CgTRP1)。序列分析显示, 该基因编码区全长735 bp, 编码的磷酸核糖氨基苯甲酸同分异构酶(CgPRAI)氨基酸序列与其他酵母来源的PRAI蛋白同源性在32.9%~49.2%之间。功能互补实验显示, CgTRP1基因在高拷贝情况下可以互补酿酒酵母trp1基因功能但在低拷贝情况下只能部分互补酿酒酵母trp1基因功能, 是一条功能明确、结构完整的酵母新基因。在CgTRP1 基因下游发现另一蛋白编码基因, 编码的氨基酸序列与酵母无机焦磷酸酶有很高的相似性。     

产甘油假丝酵母(Candida glycerinogenes)染色体倍性分析

摘要：【目的】产甘油假丝酵母作为一株优良高产甘油菌株,已成功应用于工业生产15年。近年来由于产甘油假丝酵母染色体倍性尚不明确,限制了对其进行遗传改造的研究进展,因而我们对产甘油假丝酵母染色体倍性研究,分析确定其染色体倍性。【方法】选用酿酒酵母细胞进行生孢,制备酿酒酵母单倍体细胞作对照,并选用热带假丝酵母作为二倍体酵母细胞对照,利用血球计数板得到热带假丝酵母、产甘油假丝酵母、单倍体及二倍体酿酒酵母细胞数,提取染色体,通过二苯胺检测法测定DNA含量。由于在相同紫外照射条件下单倍体细胞比二倍体细胞更容易死亡,因     

利用荧光蛋白研究产甘油假丝酵母胞浆3-磷酸甘油脱氢酶基因CgGPD启动子

[目的]克隆产甘油假丝酵母(Candida glycerinogenes)胞浆3-磷酸甘油脱氢酶基因CgGPD的启动子(PCggpd),并通过报告基因gfp的差异表达来研究葡萄糖浓度对PCggpd在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中的诱导特性.[方法]采用PCR扩增的方法分别从产甘油假丝酵母基因组和pCAMBIA1302载体中克隆出CgGPD的启动序列PCggpd和绿色荧光蛋白基因gfp.将两个基因同时构建到酿酒酵母表达载体pYX212-zeocin中,构建时将绿色荧光蛋白基因gfp置于CgGPD的启动序列下游,获得重组质粒pYX212-zeocin-PCggpd-gfp.通过电击转化酿酒酵母W303-lA.将重组酿酒酵母S.cerevisiae W303-1A-GFP置于不同葡萄糖浓度培养基中进行培养,利用荧光显微技术对其进行荧光检测.[结果]重组酿酒酵母能产生稳定的荧光,当葡萄糖浓度为2%时,重组酿酒酵母在YEPD培养基中产生较弱的荧光,随着葡萄糖浓度的升高,荧光强度有明显的增强.[结论]PCggpd属于环境胁迫诱导型启动子,高浓度的葡萄糖能诱导PCggpd启动绿色荧光蛋白的高水平表达,这对完善产甘油假丝酵母的遗传背景研究,阐明其高产甘油的机理具有重要意义.     

产甘油假丝酵母产甘油关键酶基因在酿酒酵母中的表达

甘油是一种极其理想的耐高渗透压介质。利用PCR方法,从产甘油假丝酵母WL2002-5中扩增出了2个产甘油的关键酶基因GPD和GPP,分别编码3-磷酸甘油脱氢酶（glycerol 3-phosphate dehydrogenase, GPD）和3-磷酸甘油磷酸酶（glycerol 3-phosphate phosphatase, GPP）。利用T-Vector在Escherichia coli JM109中克隆得到大量的GPD和GPP基因,并成功构建了重组质粒pYX212-GPD和pYX212-GPP;通过LiAc转化法将重组质粒导入酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae W303-1A。初步实验结果表明：发酵过程中pYX212-GPD/S. cerevisiae W303-1A的生物量高于pYX212-GPP/S. cerevisiae W303-1A和野生型S. cerevisiae W303-1A;发酵72h后,pYX212 GPD/S. cerevisiae W303-1A发酵液中甘油含量大约为12mmol/L,明显高于野生型S. cerevisiae W303-1A的甘油含量,而pYX212-GPP/S. cerevisiae W303-1A与野生型S. cerevisiae W303-1A在甘油含量上相差不大,均只有4mmol/L 左右。