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生物炼制(biorefinery)是用生物质(biomass)为原料,生产各种化学品、生物燃料和生物基材料.木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成,是很好的生物炼制的原料.纤维素酶高效水解纤维素是生物炼制的关键步骤.天然纤维素酶主要由丝状真菌分泌.因此,明晰丝状真菌纤维素酶的表达调控机理具有重要意义.
本课题组以预处理甘蔗渣为底物，筛选得到一株能高效水解甘蔗渣纤维素的草酸青霉(Penicillium oxalicum) HP7-1。多重复合诱变该菌株，获得了高产纤维素酶和木聚糖酶突变株EU2106。测定了野生型菌株HP7-1的基因组序列，大小为30.62 Mb，注释有9834个蛋白质编码基因。重测序了突变株EU2106的基因组序列，并与野生型菌株HP7-1的基因组序列进行比较分析，发现EU2106基因组中有274个单核普酸突变和12个插入或缺失突变。通过草酸青霉HP7-1与EU2106的差异基因组、转录组和分泌组分析，以及HP7-1在不同碳源诱导下的转录组差异分析，筛选出纤维素酶基因与木聚糖酶基因的候选表达调控基因42个。分别敲除了HP7-1的△PoxKu70突变体中的该35个候选调控基因，测定了得到的突变体纤维素酶与木聚糖酶产量以及主要纤维素酶和纤维素酶基因的转录水平，发现3个新的调控纤维素酶基因与木聚糖酶基因表达的关键转录因子基因。这些发现对通过遗传工程改造丝状真菌以提高其纤维素酶和木聚糖酶产量具有重要意义。