基于基因組分析的VC發(fā)酵混菌體系共生機制及功能強化.pdf

1、基于基因組分析的VC發(fā)酵混菌體系共生機制及功能強化GenomicanalysisoftheinterspeciesinteractionsinvitaminCfermentationenhancementof2ketoLgulonicacidproduction一級學科：化學工程與技術學科專業(yè)：生物化工研究生：杜瑾指導教師：元英進天津大學化工學院二零一三年五月摘要剖析Ketogulonigeniumvulgare及其伴生菌Bacillu

2、ssp.相互作用機制并對混菌體系進行調控，及構建高產維生素C前體的菌株，是優(yōu)化維生素C工業(yè)生產的兩個重要方面。本文對該混菌體系中的產酸菌株和伴生菌株進行基因組水平系統(tǒng)分析，探究兩菌形成共生關系的遺傳背景和代謝互作機制；構建產古龍酸途徑及其輔因子吡咯喹啉醌（PQQ）合成的功能模塊，通過功能模塊之間最優(yōu)組合及其與底盤細胞之間的適應性進化，強化混菌體系的發(fā)酵水平。采用高通量測序技術獲得實驗室產酸菌K.vulgareHB602全基因組序列和工業(yè)

3、伴生菌BacillusendophyticusHbe603的基因組框架序列。通過基因組分析，K.vulgare的共生特性有賴于編碼了分解、吸收并利用伴生菌提供的蛋白類、肽類和氨基酸類物質的強大系統(tǒng)，響應環(huán)境變化的轉錄調控蛋白及趨化調控系統(tǒng)。其高效的山梨糖轉化能力與基因組中5拷貝的山梨糖脫氫酶基因和2拷貝的山梨酮脫氫酶基因相關。伴生菌基因組編碼完整的芽孢形成途徑，但缺失大量芽孢衣合成基因及rapphr信號系統(tǒng)，具有獨特的芽孢衣外層結構和起

4、始芽孢形成的調控機制，與其作為優(yōu)良伴生菌的特性相關。利用K.vulgare及伴生菌B.megaterium的全基因組數據構建基因組水平代謝網絡，發(fā)現產酸菌在碳水化合物、脂和輔因子維生素代謝途徑中所包含代謝反應的比例低于伴生菌，是其生長緩慢的主要原因；伴生菌可能通過彌補其在半乳糖代謝、丁酸代謝、脂肪酸分解、谷氨酸合成、甲硫氨酸循環(huán)、纈氨酸亮氨酸異亮氨酸降解、尿素循環(huán)、色氨酸代謝、輔因子維生素合成等途徑中的代謝缺陷形成代謝互補關系，構成穩(wěn)定

5、的共生體系。對混菌體系產古龍酸途徑進行功能強化，構建三種產酸能力不同的產酸模塊和三種產PQQ水平不同的輔因子合成模塊，將兩類模塊進行搭配組合獲得九種組合模塊，并發(fā)現在K.vulgareHB602中最適配的組合形式sspqqABCDEN，可提高混菌體系產古龍酸水平20%（79.10.6gL）。通過在營養(yǎng)條件下50次混菌轉接傳代的適應性進化，強化了組合模塊在工業(yè)菌株K.vulgareHKv604中的功能，其中sdhpqqABCDEN模塊和s