高效降解木质纤维素的酶系改造

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源于里氏木霉蛋白质高产的能力,因此它被认为是生产同源或异源蛋白最佳的宿主菌种。但是里氏木霉生产外源蛋白的产量没有内源蛋白的产量高,为此,阐释出是否外源蛋白的产量依赖于外源基因的启动子启动能力是非常重要的。里氏木霉纤维素酶的表达量较高,但是β-葡萄糖苷酶的表达量却很低,为了探究里氏木霉启动子启动外源基因的能力以及构建里氏木霉酶系完整的高效降解木质纤维素菌株,本实验将黑曲霉的β-葡萄糖苷酶基因利用同源重组的方法,将其替换里氏木霉cbh Ⅰ,xyn Ⅰ,xyn Ⅱ,xynⅢ基因,然后测定改造菌株与出发菌株的酶活,以及酶液的糖化效率差异。综合改造菌株的酶活等实验数据表明,采用同源替换的里氏木霉自身启动子来启动外源基因,能得到比较好的效果,并且并不是利用里氏木霉表达量高的基因启动子,启动异源表达量就高;综合糖化数据以及胞外蛋白,纤维素酶活等实验数据表明,利用里氏木霉自身表达量不高的xynⅡ,xynⅢ基因,一方面对里氏木霉自身表达纤维素酶产量没有影响,另一方面还能较好的启动外源基因β-葡萄糖苷酶,从而得到了酶系比较完整并且糖化效果比较好的里氏木霉改造菌株。从纤维素酶酶系的组成上,探究纤维素酶的降解机制。将黑曲霉的β-葡萄糖苷酶利用里氏木霉T1中的启动子实现了异源表达,从而实现了里氏木霉酶系中缺乏的β-葡萄糖苷酶的产量得到了一个很大程度的提高。从而得到了酶系比较完整并且糖化效果比较好的里氏木霉改造菌株。里氏木霉出发菌株QM6a和改造菌株T1的纤维素酶降解效率有很大的差别,测定酶活发现不同的酶液比酶活不一致,这可能是影响酶液的一个重要因素。但影响降解效率的是否有其他的原因,我们通过利用不同的诱导物,不同的里氏木霉菌种,采用分析多聚体BN-PAGE技术,等蛋白质下进行糖化效率比较,以及多聚体解聚实验,来进一步阐释纤维素酶的降解机制。通过BN-PAGE技术以及质谱分析,发现纤维素酶的多聚体主要是纤维素酶和半纤维素酶以及纤维素酶不同的修饰形式结合在一起形成多聚体,具体的原因还需进一步的探究;通过等蛋白质条件下,不同的菌株糖化效率差别明显,尤其是T1糖化效率远远高于QM6a通过解聚实验,进一步证明纤维素酶多聚体的存在,以及聚集形式对木质纤维素的降解起到一定的作用。从纤维素酶的多聚体组成上探究纤维素酶的降解机制。从纤维素酶形成多聚体的角度,利用BN-PAGE技术对里氏木霉出发菌株和突变菌株的酶液对纤维素底物的降解机理进行了探究,为进一步提高纤维素酶活奠定了一定的理论基础。
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