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《拜氏梭菌耐氧突變及黃姜糖液發(fā)酵高產(chǎn)丁醇機(jī)理分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、分類號(hào)學(xué)號(hào)D201177360學(xué)校代碼10487密級(jí)博士學(xué)位論文拜氏梭菌耐氧突變及黃姜糖液發(fā)酵高產(chǎn)丁醇機(jī)理分析學(xué)位申請人：肖川學(xué)科專業(yè)：微生物學(xué)指導(dǎo)老師：余龍江教授答辯時(shí)間：2018年1月29日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinScienceMechanismanalysisofhighbutanolyieldmediatedbygain-of-oxygentolerancemutationandSLDSfermentationb
2、yClostridiumbeijerinckiiPh.D.Candidate:ChuanXiaoMajor:MicrobiologySupervisor:Prof.LongjiangYuHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaJan,2018華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文摘要生物丁醇因其優(yōu)良特性成為備受關(guān)注的新型可再生燃料，同時(shí)，丁醇還是一種重要平臺(tái)化合物、萃取劑和車輛剎車制動(dòng)劑等。目前，生物丁醇主要來源于梭菌屬（clostridia）細(xì)菌丙酮丁醇乙醇厭氧發(fā)酵（ABE發(fā)酵）。但是，相對于石油化
3、工化學(xué)法來源的丁醇，生物丁醇發(fā)酵生產(chǎn)存在產(chǎn)量和效率偏低等問題，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高。因此，提高生物丁醇市場競爭力的核心是解決ABE發(fā)酵生產(chǎn)成本問題，通過調(diào)研分析，可從以下方面突破：1）增加菌株對氧的耐受性；2）提高溶劑產(chǎn)量和生產(chǎn)效率；3）降低溶劑對細(xì)胞的毒害；4）尋找廉價(jià)非糧發(fā)酵原料；5）提高菌株穩(wěn)定性，使其優(yōu)良特性不易退化。為此，本文選取拜氏梭菌（ClostridiumbeijerinckiiNCIMB8052）為對象，從增加菌株對氧的耐受性、提高溶劑產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，以及廉價(jià)非糧原料發(fā)酵等方面深入研究，以期降低生產(chǎn)成本，并分析其高產(chǎn)機(jī)理。取得如下主要研究成果：（1）成功構(gòu)建一株拜氏
4、梭菌耐氧突變株（Cbei_1336mutant），并發(fā)現(xiàn)其丁醇和丙酮的產(chǎn)量和產(chǎn)率顯著提高。利用二型內(nèi)含子插入法成功敲除拜氏梭菌產(chǎn)溶劑退化菌株(C.beijerinckiiDS)中參與過氧化物還原機(jī)制調(diào)節(jié)的PerR抑制子基因Cbei_1336，獲得一株耐氧的兼性厭氧突變株。該突變株不但可以在有氧環(huán)境中生長良好，且與出發(fā)菌株相比，發(fā)酵液中生物量提高8.11±0.11（OD600）（3.67±0.35倍），丙酮和丁醇濃度分別提高4.7±0.40g/L（32.78±0.02倍）和10.01±0.57g/L（57.23±0.01倍），總?cè)軇┥a(chǎn)效率由產(chǎn)溶劑退化株的0.07±0.01g/L/
5、h提高到突變株的0.19±0.01g/L/h，產(chǎn)率提高了2.71±0.01倍。（2）基于轉(zhuǎn)錄組學(xué)進(jìn)一步分析了耐氧突變株（Cbei_1336mutant）耐氧以及丁醇和丙酮產(chǎn)量和產(chǎn)率顯著提高的分子機(jī)理。通過比較分析C.beijerinckiiDS和Cbei_1336mutant在發(fā)酵12h、24h和36h后細(xì)胞中的基因表達(dá)變化，發(fā)現(xiàn)3個(gè)時(shí)間點(diǎn)差異表達(dá)的基因分別有2893、2597和3036條，除去其中未知蛋白后，在3個(gè)時(shí)間點(diǎn)共同上調(diào)的有975條，共同下調(diào)的有222條。GeneOntology(GO)分析顯示，在共同上調(diào)和下調(diào)的基因中，參與代謝進(jìn)程（Metabolicprocess）
6、的基因比例均是最多I華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文的，分別占26.69%和29.28%。進(jìn)一步的基因差異表達(dá)分析顯示，編碼ABE發(fā)酵代謝路徑關(guān)鍵酶：mannitoltransportersubunitIIB,6-phosphofructokinase，glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase，pyruvatekinase，2-oxoacidferredoxinoxidoreductasesubunitbeta，acetyl-CoAacetyltransferase，acetoacetatedecarboxylas和NADPH-BDH等基因在Cbei
7、_1336mutant中顯著上調(diào)，而編碼phosphateacetyltransferase（PTA）和acetatekinase的基因在Cbei_1336mutant中顯著下調(diào)。此外，編碼參與氧化還原進(jìn)程的Ferredoxin，flavodoxin，rubrerythrin和radicalSAMprotein；編碼參與細(xì)胞解毒的glutaredoxin，multicopperoxidase（MCO）和Superoxidedismutase（SOD）；編碼參與金屬離子相關(guān)的能量代
