多功能纤维素酶基因(mfc)的异源表达研究

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纤维素、半纤维素是地球上最丰富、最廉价的再生资源。纤维素和半纤维素的充分利用与有效转化是解决日益增长的能源需求的有效途径。纤维素和半纤维素的酶学降解又是目前公认的最有效、最清洁的转化方法。利用低成本的可再生木质纤维素资源获得生物能源对可持续性发展具有重要意义。本文中的福寿螺多功能纤维素酶(MFC)同时具有外切-β-1,4葡聚糖酶、内切-β-1,4葡聚糖酶及内切-β-1,4木聚糖酶的活性,可以降解天然纤维素。该多功能纤维素酶的基因(mfc)已经由本实验室克隆获得。   本研究以灰盖鬼伞工程菌株TCles11为产酶菌种,建立了其高效表达MFC的体系。同时,通过分子生物学手段成功的获得了整合有多功能纤维素酶基因咖的毕赤酵母GS115转化子。主要结果如下:   (1)通过灰盖鬼伞最小培养基培养及PCR鉴定,确定灰盖鬼伞重组菌为阳性菌株,证明mfc基因可在灰盖鬼伞工程菌株TCles11中稳定遗传。   (2)将灰盖鬼伞工程菌株TCles11分别接种于四种基础液体培养基上发酵培养,测定酶活力,最终确定培养基4为基础诱导产酶培养基。   (3)以基础诱导产酶培养基为出发培养基,进行单因素实验,确定了最佳碳源为甘蔗渣,最佳氮源为豆粕,同时还确定了其他因素的取值范围。   (4)根据单因素实验结果,借助Design Expert7.1.3软件设计Plackett-Burman实验与响应面法(RSM)相结合的实验统计方法进行产酶体系优化和数据分析,有效的筛选出主效应因素并实现了高效表达体系的建立,得到最佳响应值,确定了灰盖鬼伞重组菌产多功能纤维素酶的最优体系为:每100mL发酵培养基中,甘蔗渣的添加量为2.23g,豆粕添加量为0.4g,初始pH为7.20,接种量为1.28mL,种龄为96h,磷酸氢二钾0.1g,磷酸二氢钾0.046g,硫酸镁0.1g/L,发酵温度为37℃,210r/min振荡培养,发酵时间为7d。在此条件下,发酵液中MFC的CMCase活力和Xylanase活力同时达到最大值,分别为36.48U/mL(优化前为10.38 U/mL)和133.43U/mL(优化前为112.60 U/mL)。   (5)成功的构建了用于毕赤酵母转化的多功能纤维素酶表达载体pPIC9K-mfc。该载体利用AOXI启动子启动咖基因的表达,使用pPIC9K上的α因子信号肽。   (6)采用电穿孔法,成功的将线性化质粒pPIC9K-mfc转入毕赤酵母。利用MD平板和BMM平板筛选获得毕赤酵母转化子。   (7)通过将毕赤酵母转化子转接到CMC-Na筛选平板和Xylan筛选平板,转化子能很好的在两种筛选平板上生长,证实了毕赤酵母转化子能够有效表达咖基因,表达产物具有CMCase活力和Xylanase活力。  
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