酿酒酵母异源表达纤维二糖转运蛋白LacY与纤维二糖利用菌株的构建

【目的】在酿酒酵母体内设计代谢通路,使酿酒酵母能利用纤维素水解产物纤维二糖生产乙醇。【方法】首先,用大肠杆菌DH5α总DNA为模板克隆编码大肠杆菌乳糖透过酶的LacY基因。为过表达LacY基因,以质粒YEplac181作为载体,将酿酒酵母PGK1p强启动子加到LacY基因之前,CYC1t终止子加到LacY基因之后,构建质粒YEplac181-PGK1p-LacY-CYC1t。之后,将纤维二糖转运蛋白LacY表达质粒和β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,BGL)表达质粒pRS316-PGK1p-gh1-1-CYC1t依次转入野生型酿酒酵母W303-1A中,使野生型酿酒酵母W303-1A异源表达可转运纤维二糖的LacY蛋白和β-葡萄糖苷酶GH1-1,构建可利用纤维二糖的酿酒酵母工程菌W303-1A GL。最后,通过发酵测定酿酒酵母工程菌W303-1A GL的纤维二糖利用情况和乙醇产量,并对纤维二糖代谢通路中纤维二糖酶活力进行测定。【结果】本研究构建了纤维二糖转运蛋白LacY和β-葡萄糖苷酶GH1-1协同表达的酿酒酵母工程菌W303-1AGL。W303-1AGL可以有效利用纤维二糖发酵生产乙醇,W303-1A GL发酵24 h时乙醇产量达到3.25 g/L,得率为0.325 g乙醇/g纤维二糖,利用葡萄糖产乙醇理论得率为0.511 g乙醇/g纤维二糖,达到葡萄糖产乙醇理论得率的64%,细胞密度最高在第54 h达到OD600=10.84,胞内β-葡萄糖苷酶的酶活在72 h最高,可达到0.51 U/mg。【结论】本研究成功构建了能有效利用纤维二糖的重组酿酒酵母工程菌W303-1A GL,为提高纤维素乙醇生产效率、降低纤维素乙醇生产成本提供了新思路。

酿酒酵母SRP40基因对细胞耐受性影响的研究

【目的】本论文研究酿酒酵母srp40^(39)突变基因对酵母细胞异丁醇耐受性的影响。【方法】首先,以酿酒酵母野生型W303-1A和突变株EMS39染色体DNA为模板克隆野生型SRP40基因和srp40^(39)突变基因;然后,将野生型SRP40基因和srp40^(39)突变基因分别连接到质粒YCplac22上,构建质粒YCplac22-SRP40和YCplac22-srp40^(39)。将质粒YCplac22-SRP40、YCplac22-srp40^(39)以及YCplac22空质粒分别转化入野生型酿酒酵母W303-1A中,分别得到W303-1A-SRP40工程菌、W303-1A-srp40^(39)工程菌和W303-1A-control工程菌。将3株工程菌分别置于含1.0%异丁醇、1.3%异丁醇、8.0%乙醇和0.5%异戊醇的CM培养基中进行发酵,测定细胞密度(OD_(600))和生长情况,并计算2–10 h的比生长速率(μ)。将3株工程菌于55°C热激4 min后做稀释实验(dilution),观察它们在平板上的生长情况。最后,对野生型SRP40基因、srp40^(39)突变基因的氨基酸序列进行生物信息学分析。【结果】在不含异丁醇(0%异丁醇)的培养基中,3株工程菌无明显差异。在含1.0%异丁醇和1.3%异丁醇的CM培养基中,发酵24 h工程菌W303-1A-srp40^(39)的细胞密度分别是工程菌W303-1A-SRP40的1.12倍和1.06倍,是工程菌W303-1A-control的1.10倍和1.10倍;工程菌W303-1A-srp40^(39)的比生长速率(μ)分别是工程菌W303-1A-SRP40的1.07倍和1.10倍,是对照菌W303-1A-control的1.10倍和1.10倍。在含8.0%乙醇和0.5%异戊醇的CM培养基中,发酵24h工程菌W303-1A-srp40^(39)的细胞密度分别是工程菌W303-1A-SRP40的1.12倍和1.01倍,是对照菌W303-1A-control的1.17倍和1.07倍;工程菌W303-1A-srp40^(39)的比生长速率(μ)分别是工程菌W303-1A-SRP40的1.37倍和1.07倍,是对照菌W303-1A-control的1.31倍和1.09倍。工程菌W303-1A-srp40^(39)在热激后生长仍优于其他2株菌。生物信息学分析发现,Srp40^(39)蛋白与硅藻的胸膜蛋白-1具有相似的结构。【结论】本研究发现酿酒酵母srp40^(39)突变基因能够提升细胞的异丁醇耐受性,此外对提升细胞的乙醇耐受性、异戊醇耐受性和耐热性也有一定的作用。同时,我们发现Srp40^(39)蛋白与硅藻的胸膜蛋白-1具有相似的结构,说明其可能具有胸膜蛋白-1的功能,推测该蛋白在细胞壁维持方面有作用。这些研究将为提高酿酒酵母对乙醇、异丁醇、异戊醇和高温等的抗逆性提供新思路。