[发明专利]一种高效合成乙烯的构建体及其构建方法和应用

说明书

本发明涉及基因工程与生物合成领域，具体而言是一种高效合成乙烯的构建体及其构建方法和应用。构建体包含具有活性的启动子，以及该启动子控制的乙烯合成酶基因（efe）。将所述工程菌利用太阳能固定二氧化碳合成乙烯。本发明通过在蓝细菌细胞内构建一条合成乙烯的途径，实现在光合微生物蓝细菌细胞内利用太阳能来固定二氧化碳并合成乙烯，其中，合成乙烯的能量来自于太阳能，碳源来自于二氧化碳。因此，利用本发明的方法制备生物乙烯不会受到石油短缺的制约，并且使用这种生物乙烯不会增加碳排放。

技术领域

本发明涉及基因工程与生物合成领域，具体而言是一种高效合成乙烯的构建体及其构建方法和应用。

背景技术

能源危机与环境恶化是人类可持续发展所面临的核心问题。以石油、煤炭和天然气为代表的化石能源的大量消耗，必将导致不可再生能源的枯竭以及由二氧化碳释放所引起的气候变化，而以石油为主要原料的乙烯工业也将面临巨大挑战。乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，被大量用于聚乙烯、乙苯、聚苯乙烯以及乙醇等的生产，是一种很重要的有机化工基本原料。因此，寻找一条可持续发展之路来解决石油资源匮乏对乙烯工业的负面影响就成为学术界及工业界关注的重要课题。

生物乙烯主要来源于植物、微生物和某些藻类。目前已经鉴定了至少三种乙烯合成途径：（1）存在于植物体内的1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)途径(MET-SAM-ACC-C₂H₄)(Yangand Hoffman,1984);（2）存在于微生物体内的2-酮-4-甲基硫代丁酸(KMBA)途径(MET-KMBA-C₂H₄)(Kepczynska et al.,2003)；（3）主要存在于植物致病菌（如丁香假单胞菌）中的α-酮戊二酸(KGA)途径，该途径中的关键酶是乙烯合成酶(Ethylene forming enzyme,EFE)，由efe基因编码，它可以直接将三羧酸（TCA）循环中的α-酮戊二酸(KGA)转化为乙烯(Fukuda et al.,1992a;Fukuda et al.,1992b)。在这三种途径中，基于α-酮戊二酸的乙烯合成途径备受关注，很多研究人员致力于通过基因工程及代谢途径改造的方法将此途径引入到其他微生物体内合成乙烯。

最早用于乙烯生物体内合成研究的微生物体系主要是以大肠杆菌、霉菌和酿酒酵母为代表的异养微生物。Ishihara等人通过基因工程手段将乙烯合成酶基因efe导入大肠杆菌BL21（DE3）中成功实现了EFE的体外表达，并合成了乙烯(Ishihara et al.,1995)；以绿色木霉（Trichoderma viride）作为宿主菌，Tao等人将efe基因成功整合到其染色体上，并证实纤维素可以有效诱导乙烯在该重组丝状真菌中的合成(Tao et al.,2008)；此外，还有在酿酒酵母中进行乙烯生物合成的相关报道，该研究将乙烯作为葡萄糖发酵的副产物释放出来（I.Pirkov et al.,2008）。