The Draft Genome Sequence of a Novel High-Efficient Butanol-Producing Bacterium Clostridium Diolis Strain WST
- 作者
- Chaoyang Chen, Chongran Sun, Yi-Rui Wu
- 杂志
- Current Microbiology（2018）
- DOI
- 10.1007/s00284-018-1481-5
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
解析高效丁醇生产菌Clostridium diolis WST的基因组特征，揭示其高产丁醇、低产乙醇的遗传基础
研究策略
对野生型溶剂生产菌WST进行全基因组测序，组装、注释和比较基因组分析，并结合发酵产物分析其代谢通路
研究路线图
核心内容
以高效产丁醇菌株Clostridium diolis WST为对象，研究者通过全基因组测序、组装与注释，并结合比较基因组学与发酵产物分析，解析了其高产丁醇、低产乙醇的遗传基础。该菌株基因组大小为5.85 Mb，GC含量29.69%，编码5049个蛋白基因。在30 g/L葡萄糖发酵中，丁醇产量达16.62 g/L，产率0.55 g/g，副产物乙醇仅0.30 g/L，而丙酮和丁酸分别为7.89 g/L和0.35 g/L。基因组分析显示，菌株含有4个bdh丁醇脱氢酶基因（同一性99.49–100%）和1个adhE基因，同时携带ctfAB与butB基因，但缺乏aldC。16S rRNA与ANI分析确认其与C. diolis DSM 15410亲缘更近（98.88%）。结果表明，WST独特的AB发酵途径中，多个bdh基因的有效表达可能是其高效合成丁醇并抑制乙醇生成的关键，为优化溶剂生产菌株提供了新的遗传靶点。
创新点
发现一株通过独特AB发酵途径几乎不产乙醇的高效产丁醇野生菌株，其基因组含有4个丁醇脱氢酶基因，可能解释了其高产丁醇的特性
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Clostridium diolis WST | ABE发酵途径（丙酮-丁醇-乙醇） | — | — | — | 野生型溶剂生产菌，分离自红树林沉积物，能高效将葡萄糖转化为丁醇 |
| Clostridium diolis WST | 丁醇合成途径 | bdh | 丁醇脱氢酶 | 催化 | 基因组中存在4个可能的bdh基因，与高产丁醇相关 |
| Clostridium diolis WST | 乙醇合成途径 | adhE | 乙醇脱氢酶 | 催化 | 仅1个adhE基因，导致乙醇产量极低（0.30 g/L） |
| Clostridium diolis WST | 丁酸回用途径 | ctfAB | 丁酸-乙酰乙酸CoA转移酶 | 催化 | 催化丁酸转化为丁酰CoA，减少丁酸积累，帮助维持pH 5.0-5.5 |
| Clostridium diolis WST | 2,3-丁二醇合成途径 | butB | (R,R)-丁二醇脱氢酶 | 催化 | 存在butB基因但缺乏aldc基因，因此无法产生2,3-丁二醇 |
关键发现
- 基因组大小为5.85 Mb，GC含量29.69%，包含5263个基因、5049个蛋白编码基因
- 以30 g/L葡萄糖发酵，丁醇产量高达16.62 g/L，产率0.55 g/g，丙酮7.89 g/L，乙醇仅0.30 g/L，丁酸0.35 g/L，乙酸0.38 g/L，pH自然维持5.0-5.5
- 基因组中存在4个bdh基因（同一性99.49-100%），仅1个adhE基因，同时存在ctfAB和butB基因，但缺乏aldc基因
- 16S rRNA与C. diolis和C. beijerinckii有99%同一性，ANI分析确认与C. diolis DSM 15410亲缘更近（98.88%）
研究结论
Clostridium diolis WST具有独特的溶剂生成特性，高效从葡萄糖产丁醇，其基因组中bdh和ctfAB基因的存在和有效表达可能是实现高产丁醇的关键