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随着石化燃料由短缺变枯竭以及环境问题的凸显,可持续发展问题越来越受到人们的重视。可再生资源木质纤维素的高效利用技术,已成为本世纪最具前景的可持续发展能源技术之一。而纤维原料的酶处理方法成为了热点。本文通过生物信息学,双向电泳技术等手段对里氏木霉的纤维降解体系进行了较系统的研究,旨在掌握影响里氏木霉纤维降解体系性能的关键因素,为今后的工业应用提供理论依据。
从全基因组角度利用生物信息学手段系统分析了里氏木霉潜在的纤维降解功能蛋白质组,并运用相关软件进行了分泌蛋白组的预测。里氏木霉分泌蛋白组共有分泌蛋白294条。里氏木霉蛋白体系中和纤维降解相关蛋白38条,其中有27个纤维降解酶为胞外蛋白,包括了所有已见报道的里氏木霉胞外纤维降解酶,并有5条未见报道。对里氏木霉的分泌蛋白组图谱进行了双向电泳模拟分析。
用双向电泳考察里氏木霉分别在4种碳源条件下分泌组中纤维降解酶的分布情况。结果表明:在甘油或葡萄糖为碳源时仅CBHⅡ,AxeⅠ和BXL有微量表达。在纤维二糖为碳源时检测到较高表达水平的CBHⅠ,CBHⅡ,EGⅠ,EGⅢ,BXL,AxeⅠ和AglⅠ。纤维素纸浆可诱导CBHⅠ,CBHⅡ,EGⅠ,EGⅡ,EGⅢ,EGⅣ,ManⅠ,ManⅡ,AxeⅠ,BXL和AglⅠ等11种纤维降解酶的大量表达,表达量总和占总分泌组的61%。纤维素诱导的纤维降解酶组分情况和纤维二糖条件相似,但表达量和酶活性都有显著上升。在甘油或葡萄糖为碳源时图谱辨识的三种酶是里氏木霉组成型表达的纤维降解酶。
为了进一步考察里氏木霉纤维降解酶系的诱导机制与表达过程,用双向电泳方法分析里氏木霉在纤维素诱导6h,12h,43h,120h条件下所分泌的纤维降解酶组成成分及含量比例情况。结果显示纤维素培养6h时分泌谱可以检测到MANⅡ,CBHⅡ和BXL三种纤维降解酶,占总分泌组蛋白量的34%。诱导12h时胞外可以检测到CBHⅠ,CBHⅡ,EGⅠ,EGⅡ,AglⅠ,EGⅣ,AxeⅠ,ManⅡ,BXL共9种纤维降解酶,占总分泌组的36%。在诱导43h时诱导表达达到相对平衡,43h至120h时检测到CBHⅠ,CBHⅡ,EGⅠ,EGⅡ,AglⅠ,EGⅣ,AxeⅠ,ManⅡ,BXL,EGⅢ和ManⅠ共11种纤维降解酶,表达量比例相对稳定,总量占分泌组稳定在60%左右。纤维素诱导6h至120h胞外总蛋白量平稳增加。在此基础上推论了纤维素诱导里氏木霉纤维降解酶表达的机制与过程。为纤维降解酶的高效制备与有效利用奠定了一定的理论基础。