运用ePCR全基因组改组技术筛选大肠杆菌丁醇耐受菌

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丁醇与乙醇相比具有能量值高、吸湿性低且可用现存的乙醇生产设备生产等优点,成为一种潜在的可替代化石能源的新型生物燃料。生物丁醇现已广泛应用于食品、塑料和医药等行业。传统生物法生产丁醇是利用梭菌进行丙酮-丁醇-乙醇发酵生物质生产丁醇,然而丁醇得率主要受限于梭菌严格厌氧的发酵条件、复杂的代谢机制及丁醇对菌的毒害。大肠杆菌可作为构建丁醇代谢途径并生产丁醇的宿主菌,然而细菌的丁醇耐受性差也导致细胞生长受抑制,进而影响丁醇产量。因此,提高大肠杆菌的丁醇耐受性成为提高生物丁醇得率和降低生产成本的有效途径。本研究首次运用ePCR全基因组改组技术对大肠杆菌BW25113(pKD46)进行改组,借助质粒pKD46的Red重组系统提高重组效率。E.coli BW25113经三轮改组后成功获得了可耐受1.5%(v/v)丁醇的突变株BW1847A2和BW1857A2。在1.5%(v/v)丁醇条件下突变株BW1847A2和BW1857A2的最大OD600值分别比BW25113高144%和33%。两个突变菌株在不含丁醇的LB液体培养基中连续传代50次后在丁醇胁迫下的生长与未经传代的菌株相比无明显差异,说明BW1847A2和BW1857A2突变株具有良好的遗传稳定性。丁醇耐受菌BW1847A2和BW1857A2具有耐受1.5%(v/v)异丁醇、0.6%(v/v)1-戊醇和5.5–7%(v/v)乙醇的能力。基因组重测序发现突变体BW1847A2和BW1857A2分别有12和8个基因发生突变,基因缺失突变体的丁醇耐受性实验表明RS02385和RS22900基因缺失可显著提高菌株的丁醇耐受性,RS08395、RS14165和RS19735三个基因缺失会引起菌株丁醇耐受性的下降。本研究对E.coli K12进行ePCR改组过程中获得了能够耐受3%(v/v)丁醇和13%(v/v)乙醇的污染菌株KP1-2,经16S rRNA鉴定证实KP1-2为金黄色葡萄球菌。本实验第一次发现了金黄色葡萄球菌能够高耐受丁醇的特性,由于金黄色葡萄球菌可在普通LB培养基上生长且易于进行遗传操作,因此该菌株可被用作构建合成丁醇或乙醇代谢途径的宿主菌。综上所述,本研究首次运用ePCR全基因组改组技术筛选出高耐丁醇的大肠杆菌突变株BW1847A2和BW1857A2,为今后丁醇代谢途径的构建提供宿主菌。初步的基因功能研究为考察基因耐丁醇胁迫的功能奠定基础,为深入阐述其耐丁醇胁迫的分子机制提供理论依据。
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