| 摘 要： | 极端嗜盐古菌是古菌域的一个重要生理类群,可以产生具有重要价值的产品,如生物可降解塑料PHBV和生物纳米材料紫膜等,但相关基础研究及生物技术亟待加强。该研究以重要海洋嗜盐古菌为材料,在基因组水平开展了其重要功能物质生物可降解塑料PHBV合成关键基因和途径的解析,以及其遗传、代谢及生物工程利用技术的研究,已取得如下研究成果:(1)完成了两株产PHA的极端嗜盐古菌的基因组注释和分析工作,通过基因敲除等手段,鉴定100多个与PHA代谢、碳源利用及调控相关的新基因,包括合成PHBV的关键酶基因pha A、bkt B、pha B、pha E和pha C;PHA颗粒结构蛋白编码基因pha P;以及一系列PHBV途径特异性基因等,形成了对嗜盐古菌PHA合成生物学的系统认识。(2)结合功能基因组及分子生物学技术,首次揭示极端嗜盐古菌合成PHBV独特的代谢途径,尤其是发现了4条可利用非相关碳源合成丙酰-Co A,进而为合成高质量PHBV提供3HV前体的独特的代谢途径。还利用功能基因组学等方法,在基因组水平研究了嗜盐古菌PHA可能的代谢调控机制。(3)构建了两株极端嗜盐古菌高效遗传操作系统,尤其是高效的基因敲除体系和基因表达系统。通过敲除富盐菌胞外多糖的编码基因,获得了PHBV产能优化的工程菌株。(4)建立了富盐菌及其工程菌生产生物塑料PHBV的5L发酵缸发酵工艺,发酵水平由前期的2 g/L提高到25.15 g/L(占细胞干重的50%);同时,发现该菌可利用更加廉价的几丁质和水解的纤维素作为碳源积累较高水平的PHBV。发酵条件的优化和廉价碳源的使用明显降低了PHBV的生产成本。该研究开辟了PHBV在古菌域中的遗传工程研究与开发的新领域,揭示了极端嗜盐古菌PHBV合成关键基因及其独特的代谢途径,研发了相关遗传操作与发酵技术,获得了性能提高的工程菌。这不仅为生产优良性能的PHBV提供了理论指导,还为降低PHBV生产成本,向实现其工业化生产迈进了重要的一步。
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