ssb7基因在提高丝状真菌纤维素酶产率中的应用

    技术2025-12-13  3


    本发明涉及基因工程和生物,特别是涉及ssb7基因在提高丝状真菌纤维素酶产率中的应用。


    背景技术:

    1、生物质是地球上唯一可超大规模可再生的实物资源,其中超过80%的是木质纤维素。合理利用木质纤维素中的纤维素和半纤维素,对于缓解能源危机、环境污染,维持世界经济的可持续发展具有不可估量的价值。然而,木质纤维素结构稳定,导致其很难被生物体高效利用。木质纤维素降解酶系可以将木质纤维素降解为寡糖或单糖,进而通过生物转化生产燃料和化学品,为木质纤维素的资源化利用提供了有效途径。

    2、里氏木霉(trichoderma reesei)可向胞外大量分泌木质纤维素降解酶系,在木质纤维素生物转化中得到了大量关注。然而,由于未经形态改造的里氏木霉在液体培养中呈现长丝状,菌丝盘绕粘连,致使培养液呈现高度粘稠的状态,不利于发酵过程中的营养物质与氧气的传递,因而不利于纤维素酶生产。为了提高发酵罐中的物质混合效率与溶氧水平,可以提供较高的搅拌转速及通气量。然而,高搅拌力度会对菌丝体造成剪切并破坏,影响酶产量,此外高功率的发酵运行方式也会大大提高产酶成本。因此,对里氏木霉的菌丝形态进行理性遗传改造,在不影响细胞生长的前提下抑制其丝状形态的建成,有可能促进液体发酵过程的传质和供氧,提高纤维素酶的产量。此外,增加菌丝分枝,提高菌丝尖端数量,也可能提升丝状真菌的蛋白质分泌能力。

    3、并非所有抑制丝状生长、增加菌丝分枝的形态改造都有利于丝状真菌胞外蛋白产量的提升。例如,在黑曲霉中失活raca基因,菌丝分枝增加,葡萄糖淀粉酶产量显著提升,但胞外蛋白总产量基本不变(fiedler,et al.microb cell fact 2018,17:95)。在里氏木霉中失活raca的同源基因rac1,菌丝变得短粗且分枝增加,但在葡萄糖与纤维素条件下进发酵时,并未引起纤维素酶产量的增加(fitz,et al.fungal biol biotechnol 2019,6:16)。在粗糙脉胞菌中,失活gul-1基因后菌丝团变小,发酵液粘度下降,胞外β-葡萄糖苷酶产量提升,但内切葡聚糖酶产量保持不变(lin,et al.microb cell fact 2018,17:96)。这些结果均说明,菌丝形态的改变不必然导致所有种类胞外蛋白产量的提升。

    4、因此,有必要开发一种在改善菌丝形态的同时能够提高纤维素酶产量的方法,从而降低液体发酵生产纤维素酶的通气、搅拌用电与时间成本,以满足木质纤维素降解转化对低成本纤维素酶的需求。


    技术实现思路

    1、本发明的目的是提供ssb7基因在提高丝状真菌纤维素酶产率中的应用,以解决上述现有技术存在的问题。本发明通过对ssb7基因失活获得的突变菌株,不仅菌丝长度更短、菌丝分枝更多、菌丝量显著增多,并且能够在更低搅拌转速的发酵罐中实现更高水平的纤维素酶生产,具有较大的应用价值。

    2、为实现上述目的,本发明提供了如下方案:

    3、本发明提供ssb7基因或相关生物材料在提高里氏木霉(trichoderma reesei)生产酶效率中的应用,将所述ssb7基因失活或降低所述ssb7基因的表达量,里氏木霉生产酶的效率提高;

    4、所述ssb7基因的核苷酸序列如seq id no.15所示,所述ssb7基因编码的蛋白质的氨基酸序列如seq id no.16所示;

    5、所述相关生物材料包括能够将所述ssb7基因失活或降低所述ssb7基因的表达量的重组载体和重组菌;

    6、所述酶为参与纤维素水解的酶。

    7、本发明还提供一种提高里氏木霉生产酶效率的方法,包括将所述里氏木霉的ssb7基因失活或降低其表达量,使所述里氏木霉生产酶的效率提高的步骤;所述酶为参与纤维素水解的酶。

    8、进一步地,将所述里氏木霉的ssb7基因失活或降低其表达量的方法包括利用crispr-cas9编辑技术敲除所述ssb7基因。

    9、进一步地,所述敲除为将所述ssb7基因中编码如seq id no.16所示氨基酸序列的第616位天冬氨酸的密码子突变为终止密码子。

    10、本发明还提供一种高效产酶的里氏木霉,由以下制备方法获得:

    11、利用crispr-cas9编辑技术将里氏木霉的ssb7基因失活或降低其表达量,获得所述高效产酶的里氏木霉;

    12、所述酶为参与纤维素水解的酶。

    13、进一步地,所述ssb7基因失活包括将所述ssb7基因中编码如seq id no.16所示氨基酸序列的第616位天冬氨酸的密码子突变为终止密码子。

    14、本发明还提供一种利用里氏木霉高效产酶的方法,包括利用上述高效产酶的里氏木霉进行发酵,生产酶的步骤;所述酶为参与纤维素水解的酶。

    15、本发明公开了以下技术效果:

    16、本发明分别对两株里氏木霉菌株(菌株qmp和菌株h61)进行基因编辑,将ssb7基因中编码第616位天冬氨酸的密码子突变为终止密码子,获得两株ssb7基因失活的突变株,通过实验发现,与未突变的菌株相比,两株突变株在相同条件下的产酶水平均显著提升。

    17、本发明通过对ssb7基因失活获得的突变菌株,不仅菌丝长度更短、菌丝分枝更多、菌丝量显著增多,并且能够在更低搅拌转速的发酵罐中实现更高水平的纤维素酶生产,具有较大的应用价值。



    技术特征:

    1.ssb7基因或相关生物材料在提高里氏木霉(trichoderma reesei)生产酶效率中的应用,其特征在于,将所述ssb7基因失活或降低所述ssb7基因的表达量,里氏木霉生产酶的效率提高;

    2.一种提高里氏木霉生产酶效率的方法,其特征在于,包括将所述里氏木霉的ssb7基因失活或降低其表达量,使所述里氏木霉生产酶的效率提高的步骤;

    3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,将所述里氏木霉的ssb7基因失活或降低其表达量的方法包括利用crispr-cas9编辑技术敲除所述ssb7基因。

    4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述敲除为将所述ssb7基因中编码如seqid no.16所示氨基酸序列的第616位天冬氨酸的密码子突变为终止密码子。

    5.一种高效产酶的里氏木霉,其特征在于,由以下制备方法获得:

    6.根据权利要求5所述的里氏木霉,其特征在于,所述ssb7基因失活包括将所述ssb7基因中编码如seq id no.16所示氨基酸序列的第616位天冬氨酸的密码子突变为终止密码子。

    7.一种利用里氏木霉高效产酶的方法,其特征在于,包括利用权利要求5或6所述的里氏木霉进行发酵,生产酶的步骤;所述酶为参与纤维素水解的酶。


    技术总结
    本发明公开了ssb7基因在提高丝状真菌纤维素酶产率中的应用,属于基因工程和生物技术领域。本发明分别对两株里氏木霉菌株(菌株QMP和菌株h61)进行基因编辑,将ssb7基因中编码第616位天冬氨酸的密码子突变为终止密码子,获得两株ssb7基因失活的突变株,通过实验发现,与未突变的菌株相比,两株突变株在相同条件下的产酶水平均显著提升。本发明通过对ssb7基因失活获得的突变菌株,不仅菌丝长度更短、菌丝分枝更多、菌丝量显著增多,并且能够在更低搅拌转速的发酵罐中实现更高水平的纤维素酶生产,具有较大的应用价值。

    技术研发人员:刘国栋,刘智昊,赵芹芹,张政,高丽伟,曲音波
    受保护的技术使用者:山东大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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