丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum ATCC824)木糖途径解析

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随着能源和化工原料需求的不断增长,丁醇的生物合成受到日益广泛的关注。生物丁醇发酵主要利用丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)在厌氧条件下进行。传统的生物丁醇发酵由于原料生产成本高等因为尚不能够应用于工业生产。木质纤维材料广泛存在于林业及农业废弃物中,是最丰富廉价的再生资源。木糖是木质纤维素水解物中含量仅次于葡萄糖的一种单糖,因此解析丙酮丁醇梭菌木糖利用途径具有重大的应用价值。本研究基于24种已经全基因组测序的梭菌/杆菌纲菌,通过比较基因组学分析方法重构它们的木糖利用途径及相关调控系统。分析发现一些梭菌的木糖利用途径存在新的功能基因。本研究重构了丙酮丁醇梭菌的木糖利用途径,预测了新的木糖异构酶(XylA-Ⅱ,CAC2610),发现其与已报道的木糖异构酶不同源,同时预测了木糖利用途径关键酶-木酮糖激酶(XylB,CAC2612)以及木糖利用的抑制蛋白XylR(CAC3673)。结合分子实验和生化分析,确定了预测基因在丙酮丁醇梭菌的生理功能。研究表明先后在XylA-Ⅱ和XylB催化作用下D-木糖转化为D-5-磷酸木酮糖。比较分析木糖基因的启动子区,发现存在xylR的潜在DNA结合位点。分析发现丙酮丁醇梭菌中XylR所识别的DNA结合位点与芽孢杆菌中XylR的不同,通过EMSA实验确定了预测的丙酮丁醇梭菌中XylR的3个特定DNA结合位点。本研究解析了丙酮丁醇梭菌中参与木糖利用及调控的相应基因,为遗传工程改造产醇梭菌提高其木糖利用效率提供理论参考。
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