马克斯克鲁维酵母的木糖和阿拉伯糖发酵

马克斯克鲁维酵母作为非常规酵母在燃料乙醇发酵中受到人们越来越多的关注。马克斯克鲁维具有天然的发酵戊糖的能力,但不同菌株的发酵能力存在较大差异。本研究比较了3株马克斯克鲁维菌株Kluyveromyces marxianus 9009/1911/1727(K.m 9009/1911/1727)在不同温度下的木糖和阿拉伯糖的发酵性能差异,结果发现不同发酵温度下,3株菌在耗糖速率、糖醇产率均表现出了显著的差异。菌株K.m 9009和K.m 1727在40℃下的发酵性能均优于30℃,这充分体现了马克斯克鲁维酵母的高温发酵优势。针对发酵差异,采用PCR方法获得3个不同菌株的戊糖代谢途径中的5种关键代谢酶(XR、XDH、XK、AR和LAD)的基因序列,并利用Clustalx 2.1进行了序列比对。结果显示3株菌的相关基因与文献中报道的1株克鲁维酵母的相应关键酶氨基酸编码序列相似性达98%以上,并且差异的氨基酸不在酶的关键位点处。在此基础上,通过Real-time实验,对木糖发酵差异最为明显的K.m 1727和K.m 1911的木糖代谢过程4个关键酶(XR、XDH、XK和ADH)的基因表达量进行测定,其结果显示对于耐热菌株K.m 1727,XDH和XK基因表达量低是导致木糖代谢过程中木糖醇积累、乙醇产量低的主要原因。最后,将所测得的马克斯克鲁维酵母的戊糖代谢关键酶序列与其他不同种属相比对,确定了其木糖和阿拉伯糖代谢途径,为进一步利用代谢工程方法提高戊糖发酵性能奠定了基础。     

菊粉酶基因的异源表达、分离纯化及酶学性质

为进一步提高菊粉酶在生物技术领域的应用,研究了来源于马克斯克鲁维酵母Kluyveromyces marxianus YX01的菊粉酶性质。通过在毕赤酵母GS115宿主细胞中异源表达该菊粉酶基因(inu),获得了一种外切型菊粉酶,经聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)验证其分子量为86.0 k Da。进一步在该菊粉酶上增加6个His标签,采用聚乙二醇(PEG)20 000透析浓缩和Ni-NTA Agarose静态亲和吸附作用的方法,完成菊粉酶的分离纯化,纯化倍数和酶回收率分别为3.6和33.1%。比较发现粗酶液与纯酶的酶学性质相似,且菊粉酶的最适反应温度为60℃,最适p H值为4.62,并测得该酶的Km和Vmax值,以菊粉为底物时,Km和Vmax值分别为80.53 g/L和4.49 g/(L·min);以蔗糖底物时,Km和Vmax值分别为183.10 g/L和20.20 g/(L·min)。金属离子Mn2+、Ca2+、Cu2+、Zn2+和Fe2+对酶活力具有不同程度的抑制作用,其中Cu2+、Zn2+和Fe2+的抑制作用最为显著。这些研究为进一步提高菊粉酶在工业化的应用奠定了基础。