利用Tn5转座子介导突变提高大肠杆菌丁醇生产水平

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丁醇作为一种重要的大宗化工原料和极具前景的生物燃料具有很高的研究价值。微生物发酵生产丁醇因条件温和、副产物少及设备投资小等优势受到了越来越多的关注。其中利用大肠杆菌产丁醇,操作简单,遗传背景清楚,有着比较明显的优势。目前,对于构建高产丁醇大肠杆菌工程菌株的工作,主要是对丁醇通路和相关途径的基因进行理性改造。为进一步提升菌株的丁醇生产能力,需要发掘基因组上可影响丁醇生产能力的基因,但这很难通过已有认识或计算机模型进行预测。  本文旨在利用Tn5转座子对产丁醇大肠杆菌基因组随机单基因突变,以发现更多有利于丁醇提高的基因,为进一步提高丁醇产量提供靶点,同时通过对个别位点深入研究以获得更多改造信息。  首先,本文以一株实验室前期构建的产丁醇大肠杆菌工程菌株EB216为研究对象,利用Tn5转座子对其进行全基因组随机突变,以丁醇生物合成途径的关键中间代谢物丙酮酸的浓度以及突变体的生长情况(OD600)做为筛选依据,对9836个突变体菌株进行了筛选,成功地筛选到了丁醇产量提高15%-60%的58个突变体菌株。  然后,本文利用反向PCR及二代全基因组重测序的方法,确定了40个基因组插入位点,所影响的基因主要是参与细胞的中心代谢途径、物质运输及抗胁迫等方面,为进一步提高菌株丁醇产量提供了更多的靶点。  最后,本文对上述靶点中显著提高丁醇产量60%的靶点pykA进行转录组分析。我们发现,pykA突变菌株中葡萄糖转运,糖酵解代谢及丙酮酸转运的相关基因表达量都有明显提高,这有利于菌株更加高效的利用葡萄糖生产丁醇。
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