基于基因組分析的VC發(fā)酵混菌體系共生機(jī)制及功能強(qiáng)化.pdf

1、基于基因組分析的VC發(fā)酵混菌體系共生機(jī)制及功能強(qiáng)化GenomicanalysisoftheinterspeciesinteractionsinvitaminCfermentationenhancementof2ketoLgulonicacidproduction一級(jí)學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專(zhuān)業(yè)：生物化工研究生：杜瑾指導(dǎo)教師：元英進(jìn)天津大學(xué)化工學(xué)院二零一三年五月摘要剖析Ketogulonigeniumvulgare及其伴生菌Bacillu

2、ssp.相互作用機(jī)制并對(duì)混菌體系進(jìn)行調(diào)控，及構(gòu)建高產(chǎn)維生素C前體的菌株，是優(yōu)化維生素C工業(yè)生產(chǎn)的兩個(gè)重要方面。本文對(duì)該混菌體系中的產(chǎn)酸菌株和伴生菌株進(jìn)行基因組水平系統(tǒng)分析，探究?jī)删纬晒采P(guān)系的遺傳背景和代謝互作機(jī)制；構(gòu)建產(chǎn)古龍酸途徑及其輔因子吡咯喹啉醌（PQQ）合成的功能模塊，通過(guò)功能模塊之間最優(yōu)組合及其與底盤(pán)細(xì)胞之間的適應(yīng)性進(jìn)化，強(qiáng)化混菌體系的發(fā)酵水平。采用高通量測(cè)序技術(shù)獲得實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)酸菌K.vulgareHB602全基因組序列和工業(yè)

3、伴生菌BacillusendophyticusHbe603的基因組框架序列。通過(guò)基因組分析，K.vulgare的共生特性有賴(lài)于編碼了分解、吸收并利用伴生菌提供的蛋白類(lèi)、肽類(lèi)和氨基酸類(lèi)物質(zhì)的強(qiáng)大系統(tǒng)，響應(yīng)環(huán)境變化的轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白及趨化調(diào)控系統(tǒng)。其高效的山梨糖轉(zhuǎn)化能力與基因組中5拷貝的山梨糖脫氫酶基因和2拷貝的山梨酮脫氫酶基因相關(guān)。伴生菌基因組編碼完整的芽孢形成途徑，但缺失大量芽孢衣合成基因及rapphr信號(hào)系統(tǒng)，具有獨(dú)特的芽孢衣外層結(jié)構(gòu)和起

4、始芽孢形成的調(diào)控機(jī)制，與其作為優(yōu)良伴生菌的特性相關(guān)。利用K.vulgare及伴生菌B.megaterium的全基因組數(shù)據(jù)構(gòu)建基因組水平代謝網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)酸菌在碳水化合物、脂和輔因子維生素代謝途徑中所包含代謝反應(yīng)的比例低于伴生菌，是其生長(zhǎng)緩慢的主要原因；伴生菌可能通過(guò)彌補(bǔ)其在半乳糖代謝、丁酸代謝、脂肪酸分解、谷氨酸合成、甲硫氨酸循環(huán)、纈氨酸亮氨酸異亮氨酸降解、尿素循環(huán)、色氨酸代謝、輔因子維生素合成等途徑中的代謝缺陷形成代謝互補(bǔ)關(guān)系，構(gòu)成穩(wěn)定

5、的共生體系。對(duì)混菌體系產(chǎn)古龍酸途徑進(jìn)行功能強(qiáng)化，構(gòu)建三種產(chǎn)酸能力不同的產(chǎn)酸模塊和三種產(chǎn)PQQ水平不同的輔因子合成模塊，將兩類(lèi)模塊進(jìn)行搭配組合獲得九種組合模塊，并發(fā)現(xiàn)在K.vulgareHB602中最適配的組合形式sspqqABCDEN，可提高混菌體系產(chǎn)古龍酸水平20%（79.10.6gL）。通過(guò)在營(yíng)養(yǎng)條件下50次混菌轉(zhuǎn)接傳代的適應(yīng)性進(jìn)化，強(qiáng)化了組合模塊在工業(yè)菌株K.vulgareHKv604中的功能，其中sdhpqqABCDEN模塊和s