科研進展
近代物理所在產(chǎn)纖維素酶菌株誘變育種及產(chǎn)酶機理研究方面獲進展
近日，中國科學(xué)院近代物理研究所生物物理室科研人員在長枝木霉重離子誘變選育及產(chǎn)酶機理研究方面取得進展。相關(guān)成果發(fā)表在國際生物質(zhì)能源領(lǐng)域期刊Biotechnology for Biofuels and Bioproducts上.
纖維素酶是繼淀粉酶和蛋白酶之后的全球第三大工業(yè)用酶制劑，被廣泛應(yīng)用于生物能源、食品、造紙、紡織洗滌、醫(yī)藥、動物飼料以及農(nóng)業(yè)廢棄物處理等領(lǐng)域。目前，纖維素酶的應(yīng)用主要面臨工業(yè)發(fā)酵菌株生產(chǎn)性能不佳、酶系分泌不全、發(fā)酵生產(chǎn)成本高、纖維素酶蛋白合成分泌及代謝調(diào)控機制不完善等挑戰(zhàn)。因此，采用重離子誘變技術(shù)進行優(yōu)良纖維素酶生產(chǎn)菌株選育、并進行誘變及產(chǎn)酶機理研究，對促進纖維素酶行業(yè)及生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。
研究人員利用重離子誘變技術(shù)對非模式工業(yè)產(chǎn)酶菌株——長枝木霉進行輻照誘變，并選育獲得優(yōu)良突變菌株LC-M4和LC-M16，其濾紙酶活分別達到了4.51 IU/mL和4.16 IU/mL，較野生菌株分別提高了46.91%和35.5%。
借助轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，研究人員進行了長枝木霉突變菌株與野生菌株的高產(chǎn)酶及分泌調(diào)控機理解析，發(fā)現(xiàn)突變菌株中與酶蛋白加工修飾和分泌相關(guān)的途徑的顯著改變是纖維素酶高產(chǎn)的主要原因。通過聯(lián)合分析，研究人員篩選獲得了影響長枝木霉纖維素酶合成分泌的五個關(guān)鍵候選基因，為產(chǎn)酶菌株的定向基因工程設(shè)計和改造提供了參考靶點。
此外，科研人員還利用本研究中獲得的差異表達基因、差異表達蛋白和關(guān)鍵候選基因構(gòu)建了絲狀真菌纖維素酶蛋白分泌途徑模型，補充和完善了絲狀真菌纖維素酶代謝調(diào)控過程及蛋白合成分泌途徑。
此項工作豐富了非模式工業(yè)產(chǎn)酶菌株的組學(xué)數(shù)據(jù)資源庫，為非模式工業(yè)產(chǎn)酶菌株的產(chǎn)酶研究提供了新的思路。
該研究得到國家自然科學(xué)基金面上項目、中國科學(xué)院院地合作項目、甘肅省科學(xué)院合作項目、云南省重大科技計劃項目、甘肅省重點研發(fā)計劃項目的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1186/s13068-022-02161-7
圖1:長枝木霉野生菌株和突變菌株生長表型和酶活比較（董妙音/圖）
圖2:長枝木霉纖維素酶蛋白分泌途徑模型（董妙音/圖）
（生物物理室 供稿）
