【摘 要】
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利用木质纤维素生产生物乙醇是可再生能源开发的研究热点,然而木质纤维素预处理产生的抑制物对发酵菌株有毒害作用。添加额外工序去除抑制物会增加发酵成本,提高菌株的抑制物耐受性是更为经济的方法。因此探究发酵菌对木质纤维素水解抑制物的耐受机制十分必要,这将为菌株耐受性的改善提供理论基础。糠醛是木质纤维素水解液中的一种主要抑制物。本实验室前期通过易错PCR全基因改组技术获得了一株高糠醛耐受性的运动发酵单胞菌Z
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利用木质纤维素生产生物乙醇是可再生能源开发的研究热点,然而木质纤维素预处理产生的抑制物对发酵菌株有毒害作用。添加额外工序去除抑制物会增加发酵成本,提高菌株的抑制物耐受性是更为经济的方法。因此探究发酵菌对木质纤维素水解抑制物的耐受机制十分必要,这将为菌株耐受性的改善提供理论基础。糠醛是木质纤维素水解液中的一种主要抑制物。本实验室前期通过易错PCR全基因改组技术获得了一株高糠醛耐受性的运动发酵单胞菌Zymomonas mobilis F211并对其进行了重测序。本研究构建了F211菌株中突变基因的敲除和过表达菌株,并通过基因的敲除/过表达回补实验探究突变基因的糠醛耐受功能,发现编码二鸟苷酸环化酶/磷酸二酯酶的ZCP4＿0270和编码Tol C外膜蛋白的ZCP4＿0970基因的突变能够提高运动发酵单胞菌的糠醛耐受性。F211和ZCP4＿0270突变基因过表达菌株Δ0270（p HW-M0270）的絮凝率分别比对照CP4提高了600%和470%,说明ZCP4＿0270基因突变会导致细胞絮凝,从而提高糠醛耐受性。ZCP4＿0970基因突变导致该基因编码的蛋白失活,该蛋白失活能提高糠醛耐受性。利用RNA-Seq实验探究了F211与出发菌株CP4在糠醛胁迫下的转录组差异,共揭示了139个差异表达基因,其中77个上调表达,62个下调表达。通过对转录组的分析和基因的敲除/过表达回补实验,揭示F211潜在的糠醛耐受机制:硫酸盐同化途径相关基因表达下调以及亚硫酸盐外排泵基因表达上调,均能降低NAD（P）H消耗,为糠醛解毒提供还原力,提高菌株糠醛耐受性;纤维素合成酶相关基因表达上调,促进细胞絮凝,抵御糠醛胁迫;耗能外排泵相关基因下调,减少能量消耗,为细胞生长提供能量;上调表达琥珀酸半醛脱氢酶基因,促进NAD（P）H再生,加强糠醛解毒;应激蛋白相关基因上调,加强应激系统响应,抵御糠醛胁迫。这为理性设计高耐糠醛工业菌株提供了新的理论依据。
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