中科院:秸稈降解利用取得進展
4月30日,中科院宣布天津工生所在秸稈降解利用研究方面取得進展,該研究成果利于緩解霧霾產(chǎn)生。
生物質(zhì)資源有效利用是緩解能源危機、減少溫室氣體排放、促進社會可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。農(nóng)作物秸稈以其生產(chǎn)范圍廣、年生產(chǎn)量大、不與人爭糧以及纖維素、半纖維素含量高等優(yōu)點成為重要的生物煉制原料。然而,由于秸稈成分復雜、堅韌、異質(zhì)性高,使得不同農(nóng)作物秸稈在生物煉制過程中所需的降解酶系可能會有所不同。因此,厘清微生物降解過程中利用的不同農(nóng)作物秸稈的共性和特性,有助于理性改造生物質(zhì)降解菌,開發(fā)有效的從秸稈到產(chǎn)品的微生物直接轉(zhuǎn)化策略,實現(xiàn)化學品和燃料的生物煉制。
中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所田朝光研究組以粗糙脈孢菌為研究對象,選取我國主要的五種農(nóng)作物秸稈(大麥、小麥、玉米、水稻以及大豆的秸稈)作為唯一碳源,采用第二代高通量測序技術(RNA-Seq),系統(tǒng)探討了真菌響應不同生物質(zhì)底物的特點。基因差異分析顯示,物種秸稈共同誘導了430個基因上調(diào)表達,是響應植物生物質(zhì)的核心,其中包含大量碳水化合物活性酶(CAZy)基因。在這個響應核心中,雖然有些基因在碳饑餓條件下上調(diào)表達,但仍有252個基因被植物生物質(zhì)特異誘導,屬于生物質(zhì)調(diào)節(jié)子(Biomassregulon)。進一步通過與微晶纖維素(Avicel)、木聚糖(Xylan)以及果膠(Pectin)調(diào)節(jié)子的比較分析發(fā)現(xiàn),88個基因僅在生物質(zhì)上被誘導。通過篩選這88個特異數(shù)據(jù)庫中的轉(zhuǎn)錄因子發(fā)現(xiàn),缺失了轉(zhuǎn)錄因子rca-1能顯著提高粗糙脈孢菌在農(nóng)作物秸稈上的產(chǎn)酶水平;因此,推測可能是由于在生物質(zhì)上缺失了rca-1有助于抑制纖維素酶調(diào)控的核心樞紐之一clr-2的表達。在Δrca-1的基礎上再缺失負調(diào)控因子cre-1,能進一步提高粗糙脈孢菌在生物質(zhì)上生長時木質(zhì)纖維素酶的表達水平。
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