高级醇 · 代谢工程文献库

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Improvement of ligninolytic properties by recombinant expression of glyoxal oxidase gene in hyper lignin-degrading fungus Phanerochaete sordida YK-624

作者
Yuto Yamada, Jianqiao Wang, Hirokazu Kawagishi, Hirofumi Hirai
单位
Department of Applied Biological Chemistry, Graduate School of Agriculture, Shizuoka University, Shizuoka, Japan; Graduate School of Science and Technology, Shizuoka University, Shizuoka, Japan; Research Institute of Green Science and Technology, Shizuoka University, Shizuoka, Japan
杂志
Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry（2014）
DOI
10.1080/09168451.2014.946398
所属领域
代谢工程
关键词
Phanerochaete sordida YK-624glyoxal oxidaselignin degradationmolecular breeding
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解决的核心问题

白腐真菌在木腐条件下产生的内源乙二醛氧化酶（GLOX）不足以提供足够的胞外H2O2供木质素过氧化物酶使用，导致木质素降解效率受限；缺乏GLOX参与木质素降解的直接证据。

研究策略

从Phanerochaete chrysosporium克隆glx基因，置于P. sordida YK-624的bee2启动子控制下构建表达质粒pBUNA2pro-GLOX，与标记质粒pPsURA5共转化尿嘧啶营养缺陷突变体UV-64，筛选共转化子并评估其GLOX活性、MnP活性和木质素降解特性。

研究路线图

100%
研究问题：白腐真菌GLOX不足，木质素降解受限
策略：从P. chrysosporium克隆glx基因
策略：构建pBUNA2pro-GLOX表达质粒
关键改造：共转化UV-64突变体
关键改造：筛选共转化子，获得G-22菌株
结果：GLOX活性显著提高（0.66 vs 0.19 nkat）
结果：MnP活性略升，木质素降解率提高1.08-1.22倍
结果：RT-PCR证实glx转录本4-8天高表达
结论：GLOX在木质素降解中发挥关键作用，工程菌G-22提升降解效率
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核心内容

该研究旨在解决白腐真菌乙二醛氧化酶（GLOX）供应不足限制木质素降解效率的问题。作者从Phanerochaete chrysosporium克隆glx基因，置于P. sordida YK-624的bee2启动子控制下，构建表达质粒并与标记质粒共转化尿嘧啶营养缺陷突变体UV-64，获得16个共转化菌株。液体培养5天时，共转化菌株平均GLOX活性为0.66 nkat/flask，显著高于对照菌株的0.19 nkat/flask；木质素降解活性平均提高1.08倍，选择性因子（SF）提高1.18倍。其中最优菌株G-22木质素降解活性提高1.22倍，SF提高1.25倍，且在木屑培养第8天GLOX活性较野生型高7.2倍，而MnP活性与野生型相当。RT-PCR证实重组glx转录本在4-8天高水平积累。结果证明GLOX在木质素降解中发挥直接关键作用，通过异源重组表达增强GLOX供应可有效改善白腐真菌的木质素分解性能，为白腐菌分子育种提供了新策略。

创新点

首次通过重组表达GLOX基因（glx）证明GLOX参与木质素降解；利用P. sordida YK-624的bee2启动子驱动异源glx在木腐条件下高效表达；获得了木质素降解能力显著提高的工程菌株G-22。

研究对象（3）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Phanerochaete sordida YK-624 (及其尿嘧啶营养缺陷突变体UV-64) 木质素降解 glx 乙二醛氧化酶 (GLOX) 催化 来自Phanerochaete chrysosporium的glx基因，在bee2启动子驱动下表达，催化醛类氧化为羧酸并产生H2O2。
Phanerochaete sordida YK-624 木质素降解 bee2 promoter — 调控 来源于P. sordida YK-624的BUNA2基因启动子，用于驱动异源glx在木腐条件下高效表达。
Phanerochaete sordida YK-624 木质素降解 mnp (内源MnP编码基因) 锰过氧化物酶 (MnP) 催化 文中测定其活性以评估GLOX过量表达对木质素过氧化物酶的影响，未进行基因操作。

关键发现

  1. 共转化G菌株（16个克隆）在液体培养5天时平均GLOX活性为0.66 nkat/flask，对照U菌株为0.19 nkat/flask
  2. 平均MnP活性G菌株为8.51 nkat/flask，U菌株为7.78 nkat/flask。G菌株的木质素降解活性比U菌株平均高1.08倍，SF值高1.18倍
  3. 其中菌株G-22最高，木质素降解活性高1.22倍，SF值高1.25倍。在beech wood meal培养中，G-22的GLOX活性在10天和15天明显高于野生型，而MnP活性与野生型相当。G-22在第8天时GLOX活性比野生型高7.2倍。RT-PCR显示重组glx转录本在4-8天高水平积累。

研究结论

利用bee2启动子重组表达P. chrysosporium的glx基因可以有效提高P. sordida YK-624的GLOX产量并改善其木质素分解特性，表明GLOX在木质素降解中发挥重要作用，为白腐菌分子育种提供了新策略。