纤维素降解梭菌遗传工具的开发

发布时间：2021-01-04 04:31

　　木质纤维素是世界上最丰富的可再生资源,高效处理和资源化利用木质纤维素对于人类社会的可持续发展有着非凡的意义。在自然界中,以解纤维梭菌（Ruminiclostridium cellulolyticum）和溶纸梭菌（Ruminiclostridium papyrosolvens）为代表的产纤维小体梭菌,具有高效的木质纤维素降解能力,是潜在的利用整合生物加工技术（CBP）生产液体燃料的候选菌株。然而,这些菌株尤其是R.papyrosolvens的遗传改造手段相对缺乏,而且已有的技术仍存在一些缺陷,例如R.cellulolyticum质粒的转化需要体外甲基化和Clos Tron技术存在脱靶现象,这些缺陷严重阻碍了产纤维小体梭菌的基因工程改造,以及木质纤维素的生物转化技术的开发。本论文以R.cellulolyticum和R.papyrosolvens为研究对象,开发了一种质粒体内甲基化系统并实现了R.cellulolyticum中质粒的高效快速转化;另一方面,鉴定并筛选出能够在R.papyrosolvens中高效工作的诱导型启动子,这些工具的开发为纤维素降解梭菌的遗传改造奠定了基础。具体研究内容... 

【文章来源】：山西大学山西省

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

木质纤维素结构图(引自LongjianChenetal.2015[3])

。而由不同细菌产生的纤维小体在性质上是呈现多样性的[4]。R.cellulolyticum纤维小体在细菌表面形成许多分散的颗粒物，有利于直接和木质纤维素等不可溶性底物接触；而R.papyrosolvens细胞表面比较光滑纤维小体颗粒物较少但有大面积膜状物质附着，其纤维小体结构图示意图如1.2所示。解纤维梭菌（Ruminicostridiumcellulolyticum）和溶纸梭菌（Ruminiclostridiumpapyrosolvens）是中温梭菌属的典型代表，而且也具备整合生物加工技术（ConsolidatedbioprocessingCBP）生物炼制潜能，其研究逐渐得到诸多关注和重视[5]。图1.2R.papyrosolvens纤维小体结构示意图（引自ZhenxingRenetal.2019[6]）Fig1.2SchematicrepresentationofarchitectureoftheR.papyrosolvenscellulosome从腐烂草堆肥料中分离的R.cellulolyticum，是一种能够分泌纤维小体并高效降解纤维素的反刍类中温的厌氧细菌[7]。其分泌产生的多酶复合体———纤维小体（Cellulosome），是一种可以有效降解植物细胞壁成分即木质纤维素的复杂胞外酶系，由没有催化活性的脚手架蛋白（Scaffolfin）以及多种可以降解纤维素、半纤维素和果胶质的纤维小体糖苷水解酶组成。最初在江河口的沉积物中发现并分离出的R.papyrosolvens也是厌氧嗜中温的梭菌[8]。相对于R.cellulolyticum而言，R.papyrosolvens的进化程度更高，如其纤维小体中cip-cel基因簇的高度进化，借助纤维小体的作用能够快速降解纤维素，产生的主要代谢产物有氢气、二氧化碳、乳酸、乙酸和乙醇等。R.papyrosolvens在基因方面的进化代表着该菌属的某些方面的进化趋势，同时暗示了其基因方面功能进化的更加完善[9]。因此，探究该菌中的基因功能对于我们了解其降解木质纤维素的模式具有重大意义。尽管C.thermocellum、R.cellulo

在R.cellulolyticumH10中的限制修饰系统


本文编号：2956154