Simultaneous saccharification and fermentation of corncobs with genetically modified Saccharomyces cerevisiae and characterization of their microstructure during hydrolysis
- 作者
- Hui-Ting Song, Shi-Hui Liu, Yuan Gao, Yi-Min Yang, Wen-Jing Xiao, Wu-Cheng Xia, Zi-Lu Liu, Rong Li, Xiang-Dong Ma, Zheng-Bing Jiang
- 单位
- Hubei Collaborative Innovation Center for Green Transformation of Bio-Resources, Hubei University; Hubei Key Laboratory of Regional Development and Environmental Response, College of Resources and Environmental Science, Hubei University; Hubei Key Laboratory of Industrial Biotechnology, College of Life Science, Hubei University
- 杂志
- Bioengineered（2016）
- DOI
- 10.1080/21655979.2016.1178424
- 所属领域
- 代谢工程 / 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
提高玉米芯作为唯一碳源的同步糖化发酵（SSF）效率，实现一步法生物乙醇生产。
研究策略
构建含组成型启动子pgk1的整合分泌表达载体pHBM368-pgk，分别表达β-葡萄糖苷酶、外切葡聚糖酶和内切葡聚糖酶基因，获得三株重组酿酒酵母；以混合接种方式利用玉米芯作为唯一碳源进行SSF，并通过扫描电镜观察水解过程中的微观结构变化。
核心内容
该研究构建了含组成型启动子pgk1的整合分泌表达载体，分别表达β-葡萄糖苷酶、外切葡聚糖酶和内切葡聚糖酶基因，获得三株重组酿酒酵母，并以混合接种方式利用玉米芯作为唯一碳源进行同步糖化发酵（SSF）。用组成型启动子替代诱导型启动子，免去诱导剂添加，三株菌混合发酵实现纤维素酶系协同作用。在1 L生物反应器中，96小时乙醇浓度达6.37 g/L，约为诱导型启动子菌株产量的3倍，三种酶活性分别达45.22、72.11和75.45 U/ml，混合菌OD600达1.44，高于单菌株和野生型。扫描电镜显示玉米芯结构在发酵过程中从长束网逐渐断裂为短束网并出现裂纹，最终形成不规则颗粒或织状展开。结果表明，三株重组酿酒酵母混合发酵可高效利用玉米芯作为唯一碳源生产乙醇，显著提高产量，为天然纤维素转化为生物乙醇提供了便捷有效的方法。
创新点
采用组成型启动子pgk1替代诱导型启动子gall，免去诱导剂添加；三株重组菌混合发酵实现纤维素酶系协同作用；以玉米芯为唯一碳源完成同步糖化发酵；首次表征了玉米芯在SSF过程中的微观结构演变。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae INVSc1 | 纤维素水解与乙醇发酵 | bg | β-葡萄糖苷酶 | 催化 | 重组菌INVSc-P-SB，组成型启动子pgk1驱动，分泌表达 |
| Saccharomyces cerevisiae INVSc1 | 纤维素水解与乙醇发酵 | cbh | 外切葡聚糖酶 | 催化 | 重组菌INVSc-P-SC，来源Chaetomium thermophilum，组成型启动子pgk1驱动 |
| Saccharomyces cerevisiae INVSc1 | 纤维素水解与乙醇发酵 | eg | 内切葡聚糖酶 | 催化 | 重组菌INVSc-P-SE，组成型启动子pgk1驱动 |
关键发现
混合重组酿酒酵母在1 L生物反应器中以玉米芯为唯一碳源进行SSF，96小时乙醇浓度达6.37 g/L，约为诱导型启动子菌株产量的3倍。β-葡萄糖苷酶、外切葡聚糖酶和内切葡聚糖酶活性分别为45.22 U/ml、72.11 U/ml和75.45 U/ml。混合菌OD600达1.44，高于单菌株（最高1.40）和野生型（约0.4）。扫描电镜显示玉米芯结构从长束网逐渐断裂为短束网、出现裂纹，最终形成不规则颗粒或织状展开。
研究结论
含有组成型启动子pgk1的三株重组酿酒酵母混合发酵可高效利用玉米芯作为唯一碳源进行同步糖化发酵，显著提高乙醇产量，为天然纤维素转化为生物乙醇提供了便捷有效的方法。