地球上最丰富的可再生资源是木质纤维素,木质纤维素的降解需要纤维素降解菌的参与。目前研究的木质纤维素降解菌主要是纤维素降解真菌,因为纤维素酶降解真菌的产酶量大且酶系较为完善,在这些木质纤维素降解真菌中,研究最多的是里氏木霉和草酸青霉,两者都是工业上纤维素酶生产的重要菌株,纤维素酶可以降解纤维素为葡萄糖,并进一步转化为生物乙醇等重要的化工原料。在本次研究中主要探究了丝状真菌中纤维素酶合成的调控机制研究,主要做了两方面工作:1.以里氏木霉野生型菌株QM6a作为研究对象,研究固液态培养对其生理状态的影响。里氏木霉是一株在固体上生长的丝状真菌,对其的研究多是在液态条件下进行的。固液态相比较而言,在水分含量,底物可利用性和氧气含量上存在明显差异。分析比较了在两种生长状态下的转录组数据,发现液态培养时,糖类运输和糖酵解途径相关基因的表达是上调的,表明液态生长有很强的单糖和能量代谢。还发现液态培养时,菌株金属离子的摄入、氧化还原酶、乙醇脱氢酶途径的相关基因的转录水平也是上调的。而在固态培养时,木质纤维素降解(纤维素酶降解)和细胞自噬(细胞壁的降解)途径相关基因表达是上调的,说明固态培养条件更有普适性,所以说固态是一个更自然态的生长状态。进一步分析发现,海藻糖酶活性、甘氨酸的生物合成、细胞膜的修复过程相关基因都有明显上调,说明液态培养有很强的环境压力。因而,我们得到的结论是固态培养更接近其原本的自然生长环境,营养更富余,液态培养却有着更强的生长压力,且由于其能量用于应对胞外生长压力和胞内外的物质运输,致使纤维素酶基因的表达被抑制。分析结果表明,虽然液态深层发酵作为一种有优势的发酵技术,有诸多优点,同时也是一个有很大生长压力的环境。生理水平实验结果进一步的验证了转录组数据分析结果,这提示我们液态深层发酵是非自然态的生长环境,仍有可以调整的地方,进一步模拟自然环境,促进菌体产酶。2.里氏木霉和草酸青霉都有碳代谢物阻遏现象(CCR),这一现象主要体现在转录调控因子Cre1/CreA上,对Cre1/CreA的研究包括磷酸化改造和三维空间改造两个方面。在之前的研究中,对里氏木霉Cre1预测的CKⅡ磷酸化位点进行改造时,没能缓解CCR效应,草酸青霉的CreA蛋白上也有酪蛋白激酶CKⅡ的保守位点的存在,所以我们对草酸青霉CreA预测的CKⅡ磷酸化位点进行突变(E265V,D266V),未能缓解CCR效应。另外,本实验室在探究草酸青霉菌株JUA10和114-2酶学形状差异时,对CreA基因序列比对时,发现JUA10-1菌株的CreA基因1205位的胞嘧啶缺失,导致CreA发生了移码突变,我们对JUA10-1菌株的CreA进行了回补实验,回补菌株能缓解CCR效应,表明这一移码突变与两株菌酶学形状差异有关,根据实验结果我们得到的结论是,这一改变既可以缓解草酸青霉的CCR效应,又可以提高纤维素酶基因的转录水平。将这一突变类比到了里氏木霉菌株中,对里氏木霉的Cre1进行改造,分别对其碳端进行截短和延长,结果表明能够缓解CCR效应,且在转录水平上提高了纤维素酶的表达。