炭角菌Xylaria sp.L1的分离鉴定及其降解玉米秸秆的研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:w_wangjing
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玉米秸秆是最丰富的农业残留物之一,被认为是最主要的可再生能源。但通常情况下秸秆得不到有效利用,仍存在大量浪费的问题,因此必须促进玉米秸秆生物量的生物转化。由于秸秆表面坚硬,木质纤维素材料结构复杂,不易降解,因此在发酵前对秸秆进行预处理非常重要。白蚁巢中的菌圃丰富,是分离优质菌株的珍贵资源。本课题组从废弃的白蚁巢穴中分离出一株真菌,然后探究该菌株降解玉米秸秆木质纤维素的能力,并通过RNA-Seq测序挖掘参与木质纤维素降解的功能基因。主要结果如下:(1)对野外废弃的白蚁巢中采集的子实体进行分离、纯化,成功分离出一株大型真菌,通过形态学鉴定,镜检,扫描电镜观察和ITS鉴定,该菌株与炭角菌属(Xylaria)类的真菌具有较高的序列同源性,初步确定该菌株Xylaria sp.L1为痂状炭角菌。De Novo测序结果显示,该菌株基因组大小为36.61 Mb,基因功能注释基因组结果显示,基因组涵盖有较高比例的碳水化合物代谢基因,其中包含多种木质纤维素降解的相关酶系基因。(2)菌株采用固体发酵,以秸秆作为底物进行降解。处理12 d后,玉米秸秆生物量损失为31.49%,测得半纤维素的降解率高达40.3%,木质素的降解率为20.9%,降解效果明显。通过扫描电镜、傅里叶红外光谱分析、X射线衍射进一步对其降解效果进行表征分析,发现发酵后的玉米秸秆表面结构发生了破坏,可以看到明显的孔径,结晶度增大,表明Xylaria sp.L1能够有效降解玉米秸秆。同时,对发酵过程中产生的次级代谢产物胞外多糖进行了研究,得到的多糖主要由甘露糖(6.80%)、葡萄糖(38.59%)、核糖(3.34%)、葡萄糖醛酸(40.99%)、半乳糖醛酸(0.91%)、岩藻糖(9.31%)构成。同时,胞外多糖具有一定的还原能力且对DPPH自由基、羟基自由基以及超氧化物的强清除能力。(3)通过RNA-seq对玉米秸秆固体培养基与PDA培养基培养的子实体进行深度测序,可以发现1151个显著差异表达基因,其中上调的差异基因601个,下调的差异基因550个,GO和KEGG结果显示基因富集到碳水化合物代谢过程,芳香族化合物分解过程,氧化还原过程等,这些通路都直接或者间接参与生物质的降解过程。结合转录组结果及生物学功能最终确定CHU98_g5402、CHU98_g8787、ANO14919_057050、v-type proton ATPase 16 k Da proteolipid subunit 2、ANO14919_090670、EKO27_g10375、CHU98_g577、ANO14919_054670、putative3-oxoacyl-acyl carrier protein reductase、CHU98_g10939、ANO14919_033240、ANO14919_025600等可能是影响玉米秸秆木质纤维素降解的功能基因,研究结果表明炭角菌Xylaria sp.L1是一株对玉米秸秆具有良好降解能力的菌株,可望用于废弃物秸秆等生物质资源的开发利用。
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