作為植物細(xì)胞壁的主要組分之一，木質(zhì)素是自然界中儲(chǔ)量最豐富的可再生芳香族聚合物，但由于其復(fù)雜的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和頑固的化學(xué)性質(zhì)，木質(zhì)素的生物高效降解與轉(zhuǎn)化是工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。利用微生物將木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為油脂和單細(xì)胞蛋白等高附加值產(chǎn)品，存在降解酶系效率低、優(yōu)良菌株選育周期長(zhǎng)、細(xì)胞內(nèi)碳流定向調(diào)控難等瓶頸。

　　近日，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員吳信團(tuán)隊(duì)，在木質(zhì)素生物合成微生物油脂和蛋白研究中取得進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)將基因組堿基編輯技術(shù)與液滴微流控超高通量篩選策略相結(jié)合，構(gòu)建出具有高效木質(zhì)素降解、油脂與蛋白同步合成的棒狀彎孢霉Curvularia clavata工程菌株M6，為木質(zhì)素資源的高值化利用和富含油脂單細(xì)胞蛋白的綠色生物制造提供了新的解決方案。

　　研究團(tuán)隊(duì)在具有木質(zhì)素降解能力的棒狀彎孢霉底盤菌株基礎(chǔ)上，構(gòu)建了銅離子誘導(dǎo)的MCM5-AID堿基編輯系統(tǒng)，在全基因組范圍內(nèi)可隨機(jī)高效引入C-to-T和G-to-A突變，提升了菌株的遺傳多樣性。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)借助液滴微流控高通量篩選技術(shù)，選育出漆酶活性顯著提高的突變株M6，其漆酶活性達(dá)到228.58 U/L，較出發(fā)菌株提高了75%；在以木質(zhì)素為主要碳源的搖瓶發(fā)酵條件下，突變株M6在保持菌體蛋白含量穩(wěn)定在33%的同時(shí)，油脂積累量達(dá)到細(xì)胞干重的49%；進(jìn)一步，在5升發(fā)酵罐中進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)時(shí)，漆酶活性提升至240.43 U/L，菌體中油脂含量達(dá)51%，油脂與蛋白總含量占到菌體干重84%，展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和工業(yè)化應(yīng)用潛力。整合轉(zhuǎn)錄組與基因組分析發(fā)現(xiàn)，突變株M6中脂肪酸合成、固醇代謝及甘油酯代謝途徑中的多個(gè)關(guān)鍵基因表達(dá)上調(diào)，同時(shí)與木質(zhì)素降解相關(guān)的漆酶編碼基因也呈現(xiàn)高表達(dá)水平。這些協(xié)同調(diào)控效應(yīng)推動(dòng)了細(xì)胞內(nèi)碳代謝流向脂質(zhì)合成途徑的高效轉(zhuǎn)化，從分子機(jī)制上解釋了菌株性能提升的原因。

　　該成果打通了以木質(zhì)素為碳源合成微生物油脂和蛋白的功能通路，為構(gòu)建高效生物轉(zhuǎn)化木質(zhì)素的工業(yè)菌株提供了可行的技術(shù)方案，對(duì)推進(jìn)秸稈木質(zhì)素的綠色生物制造具有重要意義。

　　相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《生物資源技術(shù)》（Bioresource Technology）上。研究工作得到中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持。

木質(zhì)素來源微生物油脂和蛋白高效生物合成的工業(yè)菌株創(chuàng)制