一株木质纤维素降解菌的筛选及其全基因组分析.pdf

微生物学报 Acta Microbiologica Sinica 2016, 56(5): 765-777 /actamicrocn DOI: 10.13343/ki.wsxb Research Paper 研究报告 一株木质纤维素降解菌的筛选及其全基因组分析 * 鲍文英，江经纬，周云，吴玉峰，梁志清 南京农业大学生物信息学中心，江苏 南京 210095 摘要： 【目的】筛选和鉴定有木质纤维素降解能力的1株细菌，测定其相关酶活力并进行全基因组分 析，为构建木质纤维素降解工程菌提供依据。【方法】采用3种木质素类似物(天青-B ；酚红；愈创木酚) 的脱色/染色法，从腐木和被枝叶覆盖的土壤中分离和筛选出1株具有较强木质纤维素降解能力的细菌。 通过16S rRNA基因和全基因组序列分析对该菌进行种属鉴定。使用紫外分光光度法测定其锰过氧化物酶 (MnP) 、漆酶(Lac) 、羧甲基纤维素酶(CMCase)以及滤纸酶(FPA)活力，了解该菌相关酶活力大小在一定 时间内的变化趋势。使用Illumina Miseq和454 GS Junior测序平台获取该菌的全基因组序列，将其全基因 组序列经过注释的基因蛋白质序列提交COG和KEGG数据库进行BLASTp 比对分析，确定该菌潜在的重 要酶类和代谢途径，并对部分注释基因进行定量RT-PCR验证。【结果】筛选得到1株优势菌株S12 ，该 菌经鉴定后命名为解鸟氨酸拉乌尔菌(Raoultella ornithinolytica) 。在液体CMC-Na培养基中发酵28 h ，菌 体生长达到稳定期，纤维素降解相关酶活力也在此时达到峰值。生物信息学分析结果表明，菌株S12具 有木质素降解通路中重要酶类的编码基因，如过氧化物酶、Fe-Mn型超氧化物歧化酶、邻苯二酚1,2-双加 氧酶和原儿茶酸-3,4-双加氧酶等，这些基因在以碱性木质素为碳源的培养条件下表达量不同程度地高于 以葡萄糖为碳源的培养条件。另外，菌株S12具备完整的纤维素降解和乙醇生成通路。【结论】本研究 首次揭示了Raoultella ornithinolytica S12具备有效的木质纤维素降解性能，这对于推动木质纤维素应用产 业的发展具有重要意义。 关键词：木质纤维素降解菌, 筛选, 拉乌尔属, 全基因组, 代谢通路 木质纤维素是木质素、纤维素以及半纤维素 是目前生物质能源研究和利用的主要材料。木质 组成的生物质，是木本、草本植物难以被降解的 素是造纸工业的副产物，木质素成分几乎完全 细胞壁主要组成成分，其中纤维素作为骨架，木 (90%–95%)溶解在黑液中，这些废水若不经过处 质素与半纤维素以包容物的形式分散在纤维素之 理而被直接排放到环境中，由于很难被降解的深 中及其周围，三者结合十分稳定且不易降解，它 色可溶性木质素化合物的存在，会导致严重的水 *通信作者。Tel ：+86-25；Fax ：+86-25；E-mail ：fcleung.njau@ 收稿日期：2015-07-06 ；修回日期：2015-09-20 ；网络出版日期：2015-10-19 766 Wenying Bao et al. | Acta Microbiologica Sinica , 2016, 56(5) [1] 生态系统污染问题 ，而采用化学试剂处理这些 1 材料和方法 废弃物会造成二次污染，因此，有必要开发低能