基于常压室温等离子体诱变技术选育耐高温马克斯克鲁维酵母菌株及其代谢机制解析

为达到同步糖化发酵(simultaneous saccharification and fermentation,SSF)中菌株高温耐受能力提升的目的,该文以实验室保藏的马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)GX-UN120为出发菌株,采用常压室温等离子体(atmospheric and room temperature plasma,ARTP)诱变技术,结合高温胁迫筛选获得1株具有较好耐高温能力和产乙醇能力的菌株GX-UN127。结果表明,诱变菌株GX-UN127在48℃培养72 h,OD_(600)可达到1.27(原始菌株无法生长)。同时,当以100 g/L麸皮为原料,45℃SSF 12 h,诱变菌株GX-UN127发酵乙醇的产量可达7.6 g/L,较出发菌株提升15.2%。在此基础上,结合生理指标和代谢组学进一步探究诱变菌株耐受高温的生理机制,研究表明半胱氨酸和蛋氨酸代谢、谷胱甘肽代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、甘油磷脂代谢等代谢途径与诱变菌株GX-UN127的更强高温耐受性密切相关。此诱变选育耐高温马克斯克鲁维酵母菌株的方案可行,为该类菌株进行SSF生产燃料乙醇提供理论支持。

马克斯克鲁维酵母GX-UN120糖转运蛋白基因的克隆及表征

【背景】马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)具有完整的木糖代谢途径,可以高效利用木质纤维素中的木糖,因此对其糖转运蛋白基因的研究或可有效解决酵母木糖转运的相关问题。【目的】根据马克斯克鲁维酵母DMKU3-1042中KLMA_70145和KLMA_80101基因位点的功能预测,获得马克斯克鲁维酵母GX-UN120相应的糖转运蛋白基因序列并探究其功能。【方法】将转运蛋白基因分别克隆表达至酿酒酵母EBY.VW4000中考察重组菌株生长特性,以此间接评价对应转运蛋白的转运能力。【结果】Km_SUT2基因编码的糖转运蛋白可有效提高宿主细胞转运木糖、阿拉伯糖、山梨糖、核糖、乳糖和葡萄糖的能力,但却不能转运甘露糖、果糖、蔗糖和半乳糖。类似地,Km_SUT3基因编码的糖转运蛋白可提高细胞转运木糖、阿拉伯糖、山梨糖、半乳糖、核糖、乳糖和葡萄糖的能力,但却不能转运甘露糖和果糖。然而在葡萄糖存在的条件下,重组菌株对各种碳源的利用均受抑制,但Km_SUT3转运木糖和核糖过程中受葡萄糖的抑制作用较小。【结论】马克斯克鲁维酵母GX-UN120中转运蛋白Km_SUT2和Km_SUT3可有效促进木糖等单糖转运,其中Km_SUT3可使重组菌株在低葡萄糖浓度条件下具有同时利用葡萄糖和木糖的能力,但Km_SUT2转运木糖过程完全受葡萄糖的抑制。