近日，生科學院汪城墻/劉凱課題組在多粘類芽孢桿菌轉化可再生楊木水解原液生產2,3-丁二醇研究方面取得新進展，以“Metabolic engineering of Paenibacillus polymyxafor effective production of 2,3-butanediol from poplar hydrolysate”在《Bioresource Technology》在線發表。碩士研究生張繼坤、齊魯工業大學趙建志副教授和付全彬博士為該論文共同第一作者；汪城墻副教授為該論文通訊作者。

圖1. 構建多粘類芽孢桿菌工程菌及利用楊木水解原液發酵生產2,3-丁二醇的技術流程

2,3-丁二醇是一種重要的可再生燃料和功能化合物。利用多粘類芽孢桿菌合成2,3-丁二醇的研究越來越受到人們的關注。本研究利用基因組學、轉錄組學和代謝組學相結合的方法，鑒定了多粘類芽孢桿菌中由葡萄糖和木糖合成2,3-丁二醇的完整代謝途徑及其相關途徑基因。研究了乳酸脫氫酶基因ldh1和ldh3、丁二醇脫氫酶基因bdh、芽孢形成相關基因spo0A和spoIIE、輔因子等對2,3-丁二醇合成的影響，并在多粘類芽孢桿菌基因組序列中直接原位敲除抑制基因或過表達活性基因，以構建工程菌實現2,3-丁二醇的高效合成。同時，解析了多粘類芽孢桿菌合成2,3-丁二醇過程中的葡萄糖抑制效應和乙酸代謝溢流消除機制，并多角度分析了芽孢形成能力和形成率對合成2,3-丁二醇的影響。最終構建成功的多粘類芽孢桿菌工程菌利用楊木水解原液（含27 g/L葡萄糖和15 g/L木糖，未脫除抑制物）生產2,3-丁二醇的最大產率為0.465 g/g，2,3-丁二醇和乙醇的總產量可達21.7 g/L。本研究為利用楊木等木質纖維素水解液生產可再生燃料和和功能化合物提供了一種新方案，并具有應用價值。

汪城墻/劉凱課題組在杜秉海教授的帶領下，長期專注于微生物代謝工程與合成生物學的研究工作，利用多粘類芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、釀酒酵母等模式微生物作為底盤細胞開發使能技術，并針對植物根際抗逆和促生微生物開發了多種新型微生物肥料，在生物合成、改善作物連作障礙、改良鹽堿地等方面具有重要應用價值。

該研究得到了國家自然科學面上項目、山東省重點研發計劃課題、企業開發項目和開放課題的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.130002

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波