[发明专利]共利用葡萄糖和木糖产生木糖醇的工程菌株的构建及应用

说明书

本发明发现己糖激酶KmHXK敲除的耐热酵母中葡萄糖抑制效应得到很大程度的消除，实现了多种糖与葡萄糖共利用，通过过表达葡萄糖激酶KmGLK可以恢复KmHXK敲除后葡萄糖代谢受到的影响，本发明中发现该菌仍然保持葡萄糖抑制效应解除的特征，可以作为平台菌株；本发明以该平台菌株成功获得能够高效共利用葡萄糖和木糖生产木糖醇的耐热酵母菌株YHY013，其保藏号为CGMCC No.15347。所述菌株在42℃的条件下可以有效利用木糖母液或玉米芯水解液等天然发酵底物中的葡萄糖和木糖发酵生产木糖醇，且利用玉米芯水解液产木糖醇的产量超过已报道的其他菌株。

技术领域

本发明涉及到生物技术领域。具体地，本发明发现己糖激酶KmHXK敲除的耐热酵母中葡萄糖抑制效应得到很大程度的消除，实现了多种糖与葡萄糖共利用，通过过表达葡萄糖激酶KmGLK可以恢复KmHXK敲除后葡萄糖代谢受到的影响，本发明中发现该菌仍然保持葡萄糖抑制效应解除的特征，可以作为平台菌株；本发明在该平台菌株的基础上，对该菌的木糖代谢路径进行改造，成功获得能够高效共利用葡萄糖和木糖生产木糖醇的耐热酵母菌株YHY013，其保藏号为CGMCC 15347。该菌株能够在高温条件下有效利用木糖母液或玉米芯水解液等天然发酵底物中的葡萄糖和木糖发酵生产木糖醇，且利用玉米芯水解液生产木糖醇的产量超过已报道的菌株。

背景技术

包括玉米芯在内的农业废弃物是一种非常有发展潜力的生物质类能源，通过水解预处理可将其分为固体的玉米芯残渣(CCR)和上清水解液两部分。CCR由于其中富含葡萄糖所以一般用来生产生物乙醇，而水解液中木糖占总糖的90％，因此一般用来结晶提取木糖，提取出来的纯木糖可作为现在工业生产木糖醇的原料(Balan，2014；Behera et al.，2014；IsikgorBecer，2015)。从玉米芯水解液中提取木糖后剩余的粘稠液体即木糖母液，其总糖含量在60-75％之间，木糖占总糖的50-70％，葡萄糖占总糖约8-10％，但是由于木糖母液中成分复杂且杂糖含量很高，使其中木糖很难被利用，一般作为废液处理，不仅造成了环境污染也是一种能源浪费。

不同于工业上的化学催化法，生物法生产木糖醇不需要纯木糖作为原料(Mohamadet al.，2014)，因此木糖母液或许可以直接通过生物法加以利用来生产木糖醇，而直接利用玉米芯水解液可以减少木糖的结晶纯化过程，进一步降低成本。这样既节省了资源，同时也减少了污染，和贯彻了科学发展和可持续发展的思想。

耐热酵母Kluyveromyces marxianus(马克斯克鲁维酵母)用于工业发酵生产木糖醇有如下几个优点：1.是一种GRAS(general regarding as safe)级别的酵母，因此可以用于食品药品生产；2.能够利用多种糖类生长发酵包括木糖；3.能在高温下快速生长和发酵，从而降低了工业发酵中的冷却费用同时大大减少了菌株污染的可能性(Kumar et al.，2009)。由于马克斯克鲁维酵母有很多比酿酒酵母优秀的品质，马克斯克鲁维酵母被越来越多的用于生物能源的生产(Fonseca et al.，2008)。所以利用马克斯克鲁维酵母发展成木糖醇生产菌株具有非常重要的应用价值。