近日，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所生物物理室科研人員在長(zhǎng)枝木霉重離子誘變選育及產(chǎn)酶機(jī)理研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際生物質(zhì)能源領(lǐng)域期刊Biotechnology for Biofuels and Bioproducts上.   

　　纖維素酶是繼淀粉酶和蛋白酶之后的全球第三大工業(yè)用酶制劑，被廣泛應(yīng)用于生物能源、食品、造紙、紡織洗滌、醫(yī)藥、動(dòng)物飼料以及農(nóng)業(yè)廢棄物處理等領(lǐng)域。目前，纖維素酶的應(yīng)用主要面臨工業(yè)發(fā)酵菌株生產(chǎn)性能不佳、酶系分泌不全、發(fā)酵生產(chǎn)成本高、纖維素酶蛋白合成分泌及代謝調(diào)控機(jī)制不完善等挑戰(zhàn)。因此，采用重離子誘變技術(shù)進(jìn)行優(yōu)良纖維素酶生產(chǎn)菌株選育、并進(jìn)行誘變及產(chǎn)酶機(jī)理研究，對(duì)促進(jìn)纖維素酶行業(yè)及生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。   

　　研究人員利用重離子誘變技術(shù)對(duì)非模式工業(yè)產(chǎn)酶菌株——長(zhǎng)枝木霉進(jìn)行輻照誘變，并選育獲得優(yōu)良突變菌株LC-M4和LC-M16，其濾紙酶活分別達(dá)到了4.51 IU/mL和4.16 IU/mL，較野生菌株分別提高了46.91%和35.5%。  

　　借助轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，研究人員進(jìn)行了長(zhǎng)枝木霉突變菌株與野生菌株的高產(chǎn)酶及分泌調(diào)控機(jī)理解析，發(fā)現(xiàn)突變菌株中與酶蛋白加工修飾和分泌相關(guān)的途徑的顯著改變是纖維素酶高產(chǎn)的主要原因。通過(guò)聯(lián)合分析，研究人員篩選獲得了影響長(zhǎng)枝木霉纖維素酶合成分泌的五個(gè)關(guān)鍵候選基因，為產(chǎn)酶菌株的定向基因工程設(shè)計(jì)和改造提供了參考靶點(diǎn)。 

　　此外，科研人員還利用本研究中獲得的差異表達(dá)基因、差異表達(dá)蛋白和關(guān)鍵候選基因構(gòu)建了絲狀真菌纖維素酶蛋白分泌途徑模型，補(bǔ)充和完善了絲狀真菌纖維素酶代謝調(diào)控過(guò)程及蛋白合成分泌途徑。 

　　此項(xiàng)工作豐富了非模式工業(yè)產(chǎn)酶菌株的組學(xué)數(shù)據(jù)資源庫(kù)，為非模式工業(yè)產(chǎn)酶菌株的產(chǎn)酶研究提供了新的思路。 

　　該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院院地合作項(xiàng)目、甘肅省科學(xué)院合作項(xiàng)目、云南省重大科技計(jì)劃項(xiàng)目、甘肅省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。 

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1186/s13068-022-02161-7 

　　圖1:長(zhǎng)枝木霉野生菌株和突變菌株生長(zhǎng)表型和酶活比較（董妙音/圖） 

　　圖2:長(zhǎng)枝木霉纖維素酶蛋白分泌途徑模型（董妙音/圖） 

　　                                （生物物理室 供稿）