[01701901]降解生物质嗜热菌的选育及其功能基因研究与应用

该成果来源于国家自然科学基金项目“降解甘蔗渣产乙醇嗜热菌群宏基因组文库构建及功能基因研究，项目编号31071639”、福建省自然科学基金重点项目“产乙醇嗜热菌的选育及其功能基因研究，项目编号2007J0004”、福建省高校产学合作科技重大项目“耐热纤维素酶、半纤维素酶工程菌的构建及产业化研究，项目编号2010N5005”、中国博士后科学基金“生物质降解菌的筛选及其功能基因研究，项目编号20090450828”。课题组成员通过8年多的工作，系统的完成了降解生物质嗜热菌的选育及其功能基因研究与应用。项目以生物质为原料直接从深海热液区和陆地温泉中富集筛选获得降解生物质的嗜热菌群SV79、YTY-70、SVY42、SV47、YSH70和XM70，300多株嗜热菌及高温噬菌体GBSV1和BV1。应用全菌体蛋白SDS-PAGE凝胶电泳分析技术建立了一种简便、快速的菌株筛选方法，作为嗜热菌鉴定的第一个步骤。用宏基因组学等技术明确了SV79等菌群的组成及其多样性，发现了15个新种，为获得新颖的热稳定酶奠定基础。项目通过等离子诱变等复合诱变育种，结合原生质体基因组重组技术，获得了产高活性纤维素酶的嗜热菌，其中1株高产纤维素酶融合子F14，其CMC酶活较出发菌株YT-40提高了176.74%，有效克服了复合诱变产生的“诱变疲劳”现象，增强了菌株的产酶能力及遗传稳定性。项目以嗜热菌群为材料，构建了降解纤维素、半纤维素的嗜热菌群SV79、YSH70和XM70的宏基因组文库，测定了XM70宏基因组和高温噬菌体基因组序列，获得了1000多个功能基因信息；克隆、表达、纯化了热稳定的β-半乳糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶和纤维素酶，分析了酶学性质；构建高活性的热稳定β-半乳糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶和纤维素酶基因工程菌，进行放大发酵条件优化，研究了热稳定酶工业化生产工艺，并制定了产品质量标准。该成果研发了1套从目标嗜热微生物的富集筛选、产高活性纤维素酶的嗜热菌选育、热稳定酶基因获取、克隆、重组表达、纯化与功能评价技术体系，其中“可表达耐热β-半乳糖苷酶的重组菌及构建方法和应用，ZL 201210015508.X”获得国家发明专利授权，发表论文12篇，其中SCI论文3篇，总体研究水平国内领先。该成果在福建、河北、江西等地应用推广，形成的新产业填补国内在高端热稳定酶生产上的不足，应用该成果生产的耐热β-半乳糖苷酶、耐热木聚糖酶、耐热β-葡萄糖苷酶、耐热纤维素酶，复合酶、生物质降解微生物菌剂、有机肥、饲料、营养与保健食品等产品，新增产值11150.26万元，新增利税（纯收入）1630.45万元，增收节支总额 2431.60 万元，为开发利用纤维质生物质等农林剩余物资源提供技术支持，为食品、医药、能源等领域提供优质的原料或产品，经济、社会和生态效益好，应用前景广。