近日，生科學(xué)院汪城墻/劉凱課題組在多粘類芽孢桿菌轉(zhuǎn)化可再生楊木水解原液生產(chǎn)2,3-丁二醇研究方面取得新進(jìn)展，以“Metabolic engineering of Paenibacillus polymyxafor effective production of 2,3-butanediol from poplar hydrolysate”在《Bioresource Technology》在線發(fā)表。碩士研究生張繼坤、齊魯工業(yè)大學(xué)趙建志副教授和付全彬博士為該論文共同第一作者；汪城墻副教授為該論文通訊作者。

圖1. 構(gòu)建多粘類芽孢桿菌工程菌及利用楊木水解原液發(fā)酵生產(chǎn)2,3-丁二醇的技術(shù)流程

2,3-丁二醇是一種重要的可再生燃料和功能化合物。利用多粘類芽孢桿菌合成2,3-丁二醇的研究越來越受到人們的關(guān)注。本研究利用基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)相結(jié)合的方法，鑒定了多粘類芽孢桿菌中由葡萄糖和木糖合成2,3-丁二醇的完整代謝途徑及其相關(guān)途徑基因。研究了乳酸脫氫酶基因ldh1和ldh3、丁二醇脫氫酶基因bdh、芽孢形成相關(guān)基因spo0A和spoIIE、輔因子等對2,3-丁二醇合成的影響，并在多粘類芽孢桿菌基因組序列中直接原位敲除抑制基因或過表達(dá)活性基因，以構(gòu)建工程菌實(shí)現(xiàn)2,3-丁二醇的高效合成。同時(shí)，解析了多粘類芽孢桿菌合成2,3-丁二醇過程中的葡萄糖抑制效應(yīng)和乙酸代謝溢流消除機(jī)制，并多角度分析了芽孢形成能力和形成率對合成2,3-丁二醇的影響。最終構(gòu)建成功的多粘類芽孢桿菌工程菌利用楊木水解原液（含27 g/L葡萄糖和15 g/L木糖，未脫除抑制物）生產(chǎn)2,3-丁二醇的最大產(chǎn)率為0.465 g/g，2,3-丁二醇和乙醇的總產(chǎn)量可達(dá)21.7 g/L。本研究為利用楊木等木質(zhì)纖維素水解液生產(chǎn)可再生燃料和和功能化合物提供了一種新方案，并具有應(yīng)用價(jià)值。

汪城墻/劉凱課題組在杜秉海教授的帶領(lǐng)下，長期專注于微生物代謝工程與合成生物學(xué)的研究工作，利用多粘類芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、釀酒酵母等模式微生物作為底盤細(xì)胞開發(fā)使能技術(shù)，并針對植物根際抗逆和促生微生物開發(fā)了多種新型微生物肥料，在生物合成、改善作物連作障礙、改良鹽堿地等方面具有重要應(yīng)用價(jià)值。

該研究得到了國家自然科學(xué)面上項(xiàng)目、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、企業(yè)開發(fā)項(xiàng)目和開放課題的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.130002

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波