Candida amazonensis FLP/FRT基因敲除系统的构建及初步验证

【目的】构建一个适用于Candida amazonensis抗性标记可重复使用的FLP/FRT基因敲除系统,并通过敲除C.amazonensis的丙酮酸脱羧酶基因(Pyruvate decarboxylase,PDC)对该系统进行初步验证。【方法】以gfpm(绿色荧光蛋白基因)为报告基因,通过添加相应诱导剂评估Spathaspora passalidarum来源启动子(SpXYLp、SpMAL6p、SpMAL1p、SpGAL1p)和Saccharomyces cerevisiae来源Sc GAL1p启动子在C.amazonensis中的诱导调控性能。选择严格诱导型启动子调控FLP重组酶的表达,并在FLP表达盒和潮霉素(Hygromycin B)抗性标记基因(hphm)两端添加同向重复的FRT位点,以PDC基因作为靶基因构建敲除盒PRFg HRP,转化宿主菌C.amazonensis CBS 12363,筛选得到阳性转化子后,通过添加诱导剂,表达FLP重组酶,实现FRT位点间片段切除。【结果】诱导调控实验表明启动子SpGAL1p(受半乳糖诱导)和SpMAL1p(受麦芽糖诱导)是适用于C.amazonensis的严格诱导型启动子。以SpGAL1p调控FLP基因表达,构建的敲除盒PRFg HRP成功转化宿主菌,获得阳性转化子C.amazonensis PDC01,通过添加半乳糖诱导,成功切除基因组中FLP表达盒和抗性标记盒,获得突变株C.amazonensis PDC02。【结论】首次建立了一个适用于C.amazonensis抗性标记可重复使用的FLP/FRT基因敲除系统,并利用该系统成功敲除了C.amazonensis内的PDC基因,为进一步利用代谢工程改造C.amazonensis酵母奠定了良好基础。     

代谢木糖和葡萄糖的重组酿酒酵母的构建

为使酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）YS58代谢木糖产乙醇,采用PCR方法克隆得到树干毕赤酵母（Pichia stipitis）木糖醇脱氢酶基因xy12,并将该基因和克隆得到的休哈塔假丝酵母（Candida shehatae）缺终止子的木糖还原酶基因xyl1一起连接到酵母表达载体pYES2的强启动子GAL下,得到融合表达载体pYES2-P12。通过醋酸锂转化的方法将pY-ES2-P12转入S.cerevisiae YS58中,得到S.cerevisiae YS58-12。利用所构建的重组酿酒酵母进行术糖发酵实验,结果表明该重组酵母能发酵木糖,使木糖利用率得到进一步提高,最高达到81．3％,而且能代谢木糖产生乙醇。     

用基因组改组技术改良发酵木糖酵母Candida tropicalis XY-19的耐乙醇性能

Candida tropicalis XY-19是一株具有优良乙醇发酵性能的发酵木糖酵母,其发酵葡萄糖产乙醇性能与目前酒精工业生产菌种--安琪酒精酵母相近,但XY-19的耐乙醇性能远比安琪酒精酵母差,XY-19在含有超过7%(v/v)乙醇的培养基中不能生长。以XY-19为出发菌株,经紫外线诱变获得了5株能在7.5%(v/v)乙醇的培养基中旺盛生长的突变株,经Co-60诱变获得了8株能在含8%(v/v)乙醇的培养基中旺盛生长的突变株。然后,以紫外线诱变得到的5株菌和Co-60诱变得到的8株菌及耐乙醇性能较好的酿酒酵母(S.cerevisae Angel,S.cerevisae4608和S.cerevisae172)为出发菌株,经过4轮Genome shuffling结合木糖乙醇梯度平板的筛选,获得了4株(G3-13,G3-18,G3-57和G3-60)能够在12%乙醇平板上生长的菌株,其乙醇耐受性比野生菌株XY-19提高了71%,为将XY-19进一步开发成纤维质乙醇发酵的生产菌种奠定基础。本研究结果进一步体现了Genome shuffling技术在改良如乙醇耐受性等多基因控制性状上的突出优势,为工业生产菌种的快速有效改良提供了一种有效的方法。     

混合糖发酵重组酿酒酵母的菌株构建和菊芋秸秆同步糖化发酵研究

【目的】构建可用于纤维素乙醇高效生产的混合糖发酵重组酿酒酵母菌株,并利用菊芋秸秆为原料进行乙醇发酵。【方法】筛选在木糖中生长较好的酿酒酵母YB-2625作为宿主菌,构建木糖共代谢菌株YB-2625 CCX。进一步通过r DNA位点多拷贝整合的方式,以YB-2625 CCX为出发菌株构建木糖脱氢酶过表达菌株,并筛选得到优势菌株YB-73。采用同步糖化发酵策略研究YB-73的菊芋秸秆发酵性能。【结果】YB-73菌株以90 g/L葡萄糖和30 g/L木糖为碳源进行混合糖发酵,乙醇产量比出发菌株YB-2625 CCX提高了13.9%,副产物木糖醇产率由0.89 g/g降低至0.31 g/g,下降了64.6%。利用重组菌YB-73对菊芋秸秆进行同步糖化发酵,48 h最高乙醇浓度达到6.10%(体积比)。【结论】通过转入木糖代谢途径以及r DNA位点多拷贝整合过表达木糖脱氢酶基因可有效提高菌株木糖发酵性能,并用于菊芋秸秆的纤维素乙醇生产。这是首次报道利用重组酿酒酵母进行菊芋秸秆原料的纤维素乙醇发酵。     

一种基因工程改造的NADH高亲和力木糖还原酶突变基因可促进酿酒酵母发酵木糖生成乙醇

在导入表达毕赤酵母(Pichia stipitis)木糖还原酶(xylose reductase,XR)和木糖醇脱氢酶(xylitol dehydrogenase,XDH)基因的重组酿酒酵母中,木糖还原酶活性主要依赖辅酶NADPH,木糖醇脱氢酶活性依赖辅酶 NAD+,两者的辅助因子不同导致细胞内电子氧化还原的不平衡,是造成木糖醇积累,影响木糖代谢和乙醇产量的主要原因之一.将经过基因工程改造获得的NADH高亲和力的木糖还原酶突变基因m1,与毕赤酵母木糖醇脱氢酶(PsXDH)基因xyl2共转染酿酒酵母AH109,以转染毕赤酵母木糖还原酶(PsXR)基因xyl1和xyl2重组质粒的酵母细胞为对照菌株,在SC/-Leu/-Trp营养缺陷型培养基中进行筛选,获得的阳性转化子分别命名为AH-M-XDH和AH-XR-XDH.重组酵母在限制氧通气条件下对木糖和葡萄糖进行共发酵摇瓶培养,HPLC检测发酵底物的消耗和代谢产物的产出情况.结果显示,与对照菌株AH-XR-XDH相比,AH-M-XDH的木糖利用率明显提高,乙醇得率增加了16%,木糖醇产生下降了41.4%.结果证实,通过基因工程改造的木糖代谢关键酶,可用于酿酒酵母发酵木糖生产乙醇,其能通过改善酿酒酵母细胞内氧化还原失衡的问题,提高木糖利用率和乙醇产率.     

高效发酵木糖生产乙醇酵母菌株的构建

获得高效发酵木糖生产乙醇的酵母菌株是木质纤维素生物转化生产燃料乙醇的重要前提。在4%乙醇驯化的基础上,选择了乙醇耐性提高的休哈塔假丝酵母（Candida shehatae）CICC1766菌株进一步进行紫外诱变,得到了木糖发酵性能较强的呼吸缺陷型突变体,并与乙醇发酵性能良好的酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）ATCC4126进行原生质体融合。采用单亲灭活法对休哈塔假丝酵母原生质体进行紫外灭活,在聚乙二醇（PEG）诱导下融合,对得到的融合子进行木糖发酵能力测定,选择到了一株能够更好地利用木糖产乙醇,并且木糖发酵性能比亲本得到明显提高的融合子F6,此融合子发酵50 g/L木糖,最高乙醇浓度达到18.75g/L,乙醇得率为0.375,达到理论转化值0.511的73.4%。与原始出发菌株CICC1766相比,乙醇产量提高了28%。     

克隆木糖还原酶XYL1基因的工程菌YT发酵玉米芯水解液的研究

克隆毕赤氏酵母(Pichia stipitis)木糖还原酶基因XYL1,将其连接到适用于酿酒酵母工业菌株的多拷贝载体pYMIKP中,构建得到表达质粒pYMIKY-XYL1,转化酿酒酵母工业菌株Saccharomyces cerevisiae 6508.利用G418筛选转化子,得到含高拷贝木糖还原酶基因的酿酒酵母重组菌YT,以YT发酵玉米芯工业水解液生产木糖醇,研究其发酵特性和规律,为工业上生物转化法生产木糖醇提供参考.     

休哈塔假丝酵母发酵木糖制乙醇过程研究

木质纤维素原料水解产物的主要成分是葡萄糖和木糖,其中葡萄糖很容易发酵,致使木糖成为木质纤维素发酵的关键,休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)1766是自然界木糖发酵性能较好的天然酵母之一。研究了发酵温度、发酵时间、接种量、初始pH值、摇床转速等因素对休哈塔假丝酵母1766发酵木糖生产乙醇的影响,由正交试验初步确定了休哈塔假丝酵母发酵木糖制乙醇工艺的适宜条件为好氧条件,发酵时间为2d,发酵温度为28℃,摇床转速为150r/min,初始pH值为5,此时乙醇收率最高可达68.62%。     

休哈塔假丝酵母乙醇发酵性能的研究

木糖的高效发酵是制约纤维素燃料乙醇生产的技术瓶颈之一,高性能发酵菌种的开发是本领域研究的重点。以木糖发酵的典型菌株休哈塔假丝酵母为材料,研究氮源配比、葡萄糖和木糖初始浓度、葡萄糖添加及典型抑制物等因素对其木糖利用和乙醇发酵性能的影响规律。结果表明,硫酸铵更适宜于木糖和葡萄糖发酵产乙醇。在摇瓶振荡发酵条件下,该酵母可发酵164.0 g/L葡萄糖生成61.9 g/L乙醇,糖利用率和乙醇得率分别为99.8%和74.0%;受酵母细胞膜上转运体系的限制,对木糖的最高发酵浓度为120.0 g/L,可生成45.7 g/L乙醇,糖利用率和乙醇得率分别达到94.8%和87.0%。休哈塔假丝酵母发酵木糖的主要产物为乙醇,仅生成微量的木糖醇;添加葡萄糖可促进木糖的利用;休哈塔假丝酵母在葡萄糖发酵时的乙酸和甲酸的耐受浓度分别为8.32和2.55 g/L,木糖发酵时的乙酸和甲酸的耐受浓度分别为6.28和1.15 g/L。     

分别利用产甘油假丝酵母抗逆转录因子CgSTB5和CgSEF1对酿酒酵母菌株糠醛耐受改造

【背景】纤维素是生物转化解决能源问题的主要原料之一,其水解物中存在严重影响抑制菌株生长的糠醛,需脱毒才可应用于发酵,提高菌株耐受性是解决纤维素水解液实际生产应用的关键。【目的】酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是主要的纤维素水解液发酵工业菌株,但糠醛耐受性较低,通过分子改造获得具有高糠醛耐受性的菌株。【方法】利用新获得的产甘油假丝酵母(Candidaglycerinogenes)的相关抗逆转录因子CgSTB5、CgSEF1和CgCAS5,通过分子技术进行S.cerevisiae改造,考察其对酿酒酵母糠醛耐受性的影响,并尝试应用于未脱毒纤维素乙醇发酵。【结果】单个表达CgSTB5和CgSEF1的酿酒酵母,通过菌株点板实验表明菌株的糠醛耐受性提高25%以上,并且摇瓶发酵结果显示糠醛降解性能明显提高,生长延滞期明显缩短,S.cerevisiae W303/p414-CgSTB5的未脱毒纤维素乙醇发酵生产效率提高12.5%左右。【结论】转录因子CgSTB5和CgSEF1均能对提高酿酒酵母糠醛耐受性起到重要作用,并且有助于提高酿酒酵母菌株未脱毒纤维素乙醇发酵性能。