论文部分内容阅读
L-丙氨酸作为食品添加剂和功能性氨基酸,在食品、医药等许多领域均有广泛应用,其生产主要是通过微生物发酵方式。以水稻秸秆为原材料发酵产L-丙氨酸具有成本低且符合国家政策等优点,但菌株在利用水稻秸秆水解液中混合糖时存在的葡萄糖效应是此技术发展的关键阻碍。为解决此问题,本论文通过Red同源重组技术敲除了E.coli JH-B2转运葡萄糖的相关基因pts G和mgl B,构建了能高效利用水稻秸秆水解液发酵产L-丙氨酸的大肠杆菌工程菌:(1)E.coli JH-B2(Δfrd BC,Δadh E,Δpta,Δdad X,Δldh A,Δpfl B::ala D)是可以利用葡萄糖和木糖高产L-丙氨酸的工程菌。以JH-B2为出发菌株,利用同源重组技术成功敲除了pts G基因,构建了E.coli JH-B3,又在JH-B3的基础上进一步成功敲除了mgl B基因,构建了E.coli JH-B6。(2)在7 L发酵罐中,以100 g·L﹣1葡萄糖为发酵碳源时,JH-B3葡萄糖消耗速率为2.37 g·L﹣1·h﹣1,较JH-B2降低了13.82%;JH-B6葡萄糖消耗速率为2.09 g·L﹣1·h﹣1,较JH-B3和JH-B2分别降低了11.81%、24.00%,表明pts G和mgl B基因的敲除能够降低菌株消耗葡萄糖的速率。以100 g·L﹣1木糖为发酵碳源时,JH-B2和JH-B3木糖消耗速率无明显差异,而JH-B6木糖消耗速率为0.92 g·L﹣1·h﹣1,相比前两者提高了66%左右,表明pts G基因的敲除对菌株摄取木糖速率无明显影响,而pts G和mgl B基因的双敲除对其有明显提升。以50 g·L﹣1葡萄糖和50 g·L﹣1木糖的混合糖作为发酵碳源时,JH-B6和JH-B3都能同时利用葡萄糖和木糖。JH-B3葡萄糖消耗速率为1.04 g·L﹣1·h﹣1,较JH-B2降低了49.76%,木糖消耗速率为0.30g·L﹣1·h﹣1,较JH-B2提高了66.67%,表明pts G基因的敲除可以大幅度降低菌株在混合糖中利用葡萄糖的速率并提高其利用木糖的速率,葡萄糖效应得到缓解。JH-B6葡萄糖消耗速率为0.92 g·L﹣1·h﹣1,较JH-B3和JH-B2分别降低11.54%、55.56%,木糖消耗速率为0.49 g·L﹣1·h﹣1,比JH-B3和JH-B2分别提高了63.33%、172.22%,表明mgl B基因的敲除能进一步降低菌株在混合糖中利用葡萄糖的速率并提高其利用木糖的速率,进一步了降低葡萄糖效应。(3)在7 L发酵罐中,以水稻秸秆水解液为碳源进行发酵时,JH-B6和JH-B3都能同时利用六碳糖和五碳糖;JH-B3葡萄糖消耗速率为0.92 g·L﹣1·h﹣1,较JH-B2降低了52.08%;木糖消耗速率为0.20 g·L﹣1·h﹣1,比JH-B2提高了66.67%。JH-B6葡萄糖消耗速率为0.81 g·L﹣1·h﹣1,较JH-B3和JH-B2分别降低11.96%和57.81%;五碳糖消耗速率为0.26 g·L﹣1·h﹣1,比JH-B3和JH-B2分别提高了30.00%%和116.67%,表明pts G和mgl B基因的敲除也能降低菌株在水稻秸秆水解液中利用六碳糖的速率并提高其利用五碳糖的速率,从而缓解葡萄糖效应。水解液中的发酵效率略低于混合糖,但是对于JH-B6而言,虽然在水解液中葡萄糖和木糖的消耗速率比在混合糖中降低分别降低了11.96%和46.94%,但是糖酸转化率高达88.88%,与在混合糖中无明显差异,JH-B6将还原糖转化为L-丙氨酸的能力依然良好。本研究利用同源重组技术敲除了大肠杆菌中与葡萄糖转运相关的pts G和mgl B基因,成功缓解了大肠杆菌以水稻秸秆水解液发酵产L-丙氨酸时的葡萄糖效应,为以水稻秸秆为原材料产L-丙氨酸提供了研究基础。