[发明专利]一株木糖转运能力高的酿酒酵母菌株及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一株木糖转运能力高的酿酒酵母重组菌株，该菌株表达了克隆自谷氨酸棒状杆菌Corynebacterium glutamicum的转运蛋白基因araE，转运蛋白基因araE的表达提高了酿酒酵母菌株对木糖的转运能力。本发明还涉及该木糖转运能力高的菌株在构建可代谢木糖的重组酿酒酵母中的应用。

背景技术

目前，能源紧缺问题受到世界各国的广泛关注，用可再生资源生产能源物质来代替非再生的化石资源对未来社会可持续发展具有重大的意义。我国，以农业废弃物为主的木质纤维素原料是年产量巨大的可再生生物质资源，以之作为新能源物质的生产原料对促进可持续发展和保障国家安全具有战略意义。木质纤维素原料水解后，会产生大量单糖，其中，主要成分是葡萄糖，其次是木糖和阿拉伯糖。木糖在水解液中含量可达到总糖的30％，其有效利用是木质纤维素实现经济化大生产的必要条件。

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是广泛使用于食品及化工工业的生产菌株，具有抗逆性强、发酵条件易控制、遗传背景清楚、食品级安全等许多优良特性，是优秀的细胞工厂菌株。但天然的酿酒酵母菌株并不能发酵木糖。不同来源木糖代谢途径的引入可以使酿酒酵母利用木糖，但利用效率仍旧不能满足工业生产的需求。制约酵母对木糖利用的瓶颈问题主要有两个：①酵母木糖代谢效率还有待进一步提高；②酵母对木糖的摄取效率偏低。

天然的酿酒酵母通过非特异性己糖转运蛋白(主要有Hxt1、Hxt2、Hxt4、Hxt5和Hxt7)和半乳糖透性酶(Gal2)摄取木糖，这些转运蛋白都属于主要易化子超家族(Major Facilitator Superfamily，MFS)转运蛋白，对木糖的亲和性较低，其Km值是葡萄糖的10～100倍，因此，木糖的转运受到葡萄糖的强烈抑制。异源表达高亲和力木糖转运蛋白或提高现有木糖转运蛋白的亲和力，对提高酿酒酵母的木糖代谢的研究十分重要。到目前为止，已报道了部分真菌来源的木糖转运蛋白在酿酒酵母中的异源表达，并且可以促进菌株对木糖的利用，例如，来源于间型假丝酵母(Candida intermedia)的Gxf1、树干毕赤酵母(Pichia stipitis)的Sut1和拟南芥(Arabidopsis thaliana)中的At5g5920等，但要满足构建高效木糖利用重组酿酒酵母的需求，尚需要对木糖的亲和力更高的转运蛋白。2009年，Hideo等人从十种谷氨酸棒状杆菌中筛选到了一株可利用阿拉伯糖为唯一碳源的菌株Corynebacterium glutamicum ATCC31831，其利用阿拉伯糖的能力是利用葡萄糖的2倍，在此种菌株中不受葡萄糖代谢抑制(CCR机制)的影响。后续研究发现了具有高活性阿拉伯糖转运能力的AraE转运蛋白，并且此转运蛋白对木糖的利用同样有较明显的促进作用。推测，此蛋白在谷氨酸棒状杆菌中是戊糖诱导的高亲和性质子同向转运蛋白，在低浓度阿拉伯糖和木糖培养基中转运效果明显，其超表达可使谷氨酸棒状杆菌的戊糖消耗速率提高3倍，可使戊糖与葡萄糖同时被利用，即AraE转运蛋白不受葡萄糖抑制。此蛋白的优良特性使其在酿酒酵母中具有潜在的筛选木糖专一性转运蛋白的研究价值。

酿酒酵母内源的木糖运输蛋白是膜内在蛋白，主要含有12个跨膜结构域，其功能表达需要正确定位在细胞膜上。细菌和真菌的细胞膜骨架虽均为脂双层结构，但两者含有不同的附属物，如固醇类物质、膜蛋白等，造成两者化学组成存在差异，进而导致质膜间的不相容性，另外，细菌和真菌细胞的内膜系统和膜蛋白辅助调节因子均存在差异，造成了细菌源的转运蛋白在酿酒酵母菌株中正确表达、膜定位和发挥完整功能的难度。至今，尚缺少关于细菌源木糖转运蛋白在酿酒酵母中功能表达的报道。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一株木糖转运能力高的酿酒酵母菌株，该菌株表达了克隆自谷氨酸棒状杆菌Corynebacterium glutamicum的转运蛋白基因araE，转运蛋白基因araE的表达提高了酿酒酵母菌株对木糖的转运能力。本发明还提供了该木糖转运能力高的菌株在构建可代谢木糖的重组酿酒酵母中的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：