里氏木霉遗传操作策略及糖转运蛋白TrSTR1的功能研究

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里氏木霉是纤维素酶、半纤维素酶重要的工业生产菌株,其生产的糖苷水解酶被广泛运用于多个领域。随着里氏木霉基因组序列的测定,许多未知的基因功能需要探索,同时,因其具有强大的蛋白分泌能力,将其开发成高效表达异源蛋白的宿主也具有十分广泛的应用价值。然而,在遗传操作过程中里氏木霉同源重组率很低,基因打靶存在一定困难。因此,在里氏木霉中建立一套高效率的、可重复利用的遗传操作系统十分必要。此外,尽管在里氏木霉中,糖苷水解酶的表达调控机制已有深入研究,但它是如何感应细胞外界环境、传递细胞信号进而控制这些糖苷水解酶表达的机制仍然有待了解。  本文首先尝试多筛选标记敲除法和断裂标记基因敲除法2种方法敲除里氏木霉中的tmus53基因,最终成功获得一株高同源重组率的里氏木霉菌株。在敲除过程中,利用酿酒酵母的高效重组系统成功构建了多筛选标记敲除法的大片段敲除质粒。该方法不依赖于序列的特异性,可一步构建敲除质粒。此外,本文在里氏木霉基因敲除盒下游引入了一段目标基因上游的序列,成功构建了一套标记基因可以无限循环使用的敲除系统,利用该系统可在有限的筛选标记下可以实现多基因的无痕敲除。  为了研究里氏木霉如何感应外界碳源,进而诱导纤维素酶、半纤维素酶的表达,本文筛选鉴定出了一个新的MFS超家族的转运蛋白TrSTR1。通过将TrSTR1与真菌中已经表征的糖转运蛋白进行聚类分析后,推测TrSTR1可能是一个单糖的转运蛋白。进一步在酿酒酵母中的表型分析得知TrSTR1可以转运木糖。在里氏木霉中,通过对TrSTR1的功能分析发现TrSTR1除了对D-木糖,对其利用L-阿拉伯糖,甚至它们的代谢中间产物D-木糖醇、L-阿拉伯糖醇也是十分重要的。敲除Trstr1后,里氏木霉菌株在D-木糖、L-阿拉伯糖、D-木糖醇、L-阿拉伯糖醇的生长受到严重抑制。然而,敲除Trstr1虽然对D-木糖、L-阿拉伯糖的代谢产生影响却并不能完全抑制它们的代谢途径。另外一个有趣的现象是,敲除Trstr1后,里氏木霉中另外一个转运蛋白Trxlt1的转录水平也显著下降。这说明,里氏木霉中存在着一个复杂的碳源利用的调控机制。此外,研究结果显示TrSTR1也参与了里氏木霉木聚糖酶的表达,因为在Trstr1敲除菌中,木聚糖酶活和外源分泌的蛋白浓度相对于对照菌株都显著降低。通过qRT-PCR分析调控纤维素酶、半纤维素酶关键转录因子的转录水平进一步验证了该结果。本研究为里氏木霉中诱导纤维素酶和半纤维素酶表达的真正底物的寻找提供一些信息,同时为理性设计里氏木霉高产菌株提供了新的思路。
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