D-木糖,木聚糖的成分,是半纤维素植物细胞材料的主要组成部分,也是自然界最充裕的糖类。但关于氧化葡萄糖酸杆菌利用木糖的机制很少有报道,本课题的主要目的是通过相关基因的功能分析来研究氧化葡萄糖酸杆菌的木糖代谢途径。早前,本实验室构建了缺失膜结合葡萄糖脱氢酶(mGDH)基因mgdh的氧化葡萄糖酸杆菌621H△mgdh。将该敲除菌在木糖培养基上培养,惊奇地发现菌体的生长受到了极大的抑制,而且培养液pH值稳定,也没有木糖酸积累。进一步用静息细胞催化实验进行验证,发现mGDH是负责氧化胞外木糖生成木糖酸的唯一酶。本课题首次揭示了mgdh基因在氧化葡萄糖酸杆菌木糖代谢中的重要作用,并提出氧化葡萄糖酸杆菌在利用木糖时,大部分木糖会在胞外先被氧化生成木糖酸,木糖酸透膜进入到胞内后被进一步代谢利用,氧化葡萄糖酸杆菌胞内存在着木糖酸代谢途径。然而,当mgdh基因被敲除后,菌株在木糖培养基上的生长虽然受到明显的抑制作用,但仍能少量生长,说明氧化葡萄糖酸杆菌胞内应该有木糖代谢途径,因此本研究对编码木糖氧化还原途径中的两个关键酶的基因进行了研究。这两个基因分别是编码木糖醇脱氢酶的gox0865(xdh)和编码假定的木酮糖激酶的gox2214(xk)。首先对xdh进行基因敲除,并比较原始菌和敲除菌在木糖和木糖醇上的生长,结果表明xdh基因对氧化葡萄糖酸杆菌的木糖代谢影响很小,但却是氧化葡萄糖酸杆菌利用氧化还原途径代谢木糖的关键基因,而且在氧化葡萄糖酸杆菌木糖醇代谢中占据了重要的作用。其次,由于xk基因生化性质不明确,所以对xk基因分别进行异源表达和基因敲除,结果显示xk基因编码的蛋白可能并不是木酮糖激酶,其并不参与氧化葡萄糖酸杆菌的木糖代谢,但却可能是甘油代谢的关键基因。总的来说,当以木糖作为碳源培养氧化葡萄糖酸杆菌时,大部分木糖直接被膜结合葡萄糖脱氢酶氧化生成木糖酸,木糖酸进入胞内后进一步被降解以用于生长；只有一小部分的木糖透膜后经过氧化还原途径被利用。