产木质纤维素酶南极真菌的筛选及菌株Aspergillus sydowii MS-19的转录组测序分析

摘要

极地微生物所具有的新颖性、独特性与多样性,使其在科学研究、应用开发等方面均具有重要价值,特别是低温酶的研究和应用受到人们的广泛关注。近年来由于能源短缺,利用木质纤维素类物质生产液体燃料和化合物是保障人类社会可持续发展的重要替代途径,而低温木质纤维素酶在工业生产中有一定的应用潜力。本研究从南极环境中首次筛选出一株具有木质纤维素降解潜力的真菌,对其进行了转录组测序和功能注释分析。本论文的主要研究内容及结果如下:
　　1.南极阿德雷岛不同基底中真菌的分离培养及初步鉴定
　　对中国第27次南极科学考察采集自阿德雷岛的6份无冰区土壤样品进行了真菌的分离培养、形态学和分子系统学鉴定,同时测定及其胞外酶活性。从6份样品中共分离得到168株真菌,其中大型海藻腐烂物样品中分离到的真菌种类和数量最多,占所分离菌株总数的34.6％;对选取的15株代表菌株进行了真菌ITS1-5.8S-ITS2序列鉴定,结果表明它们分属于4个纲,8个属,其中青霉属5株,假散囊菌属、地丝菌属和枝孢属各2株,生赤壳属、曲霉属、出芽短梗霉属和unclassifiedOnygenales各1株,该结果表明南极地区具有丰富的真菌物种多样性,本次分离得到的优势类群为青霉菌。胞外酶测定结果显示筛选得到的真菌中,产纤维素酶、蛋白酶和淀粉酶产生菌分别占供试菌株的14.6%,64.6%、45.1%、产纤维素酶的菌株可能在南极物质能量循环中扮演着重要角色。
　　2.产木质素酶南极真菌的筛选鉴定及酶学性质初步研究
　　通过苯胺蓝脱色平板初筛和木质素酶活测定复筛,共筛选到4株产木质素酶的真菌。经过ITS序列鉴定后的blastn比对,这4株菌属于4个属,分别为曲霉属(Aspergillus)、出芽短梗霉属(Aureobasidium)、枝孢属(Cladosporium)和生赤壳属(Bionectria),其中聚多曲霉酶活性最高,所以选择AspergillussydowiiMS-19作为研究目标菌株。生长和木质素酶酶活研究的初步结果显示,菌株MS-19生长温度范围为3~37℃,最适生长温度为20℃,最适生长pH为7。MS-19所产木质素过氧化酶(Lip)的最适作用温度和pH分别为30℃和pH3.0;锰过氧化物酶(Mnp)最适作用温度和pH分别为30℃和pH4.5。
　　3.菌株AspergillussydowiiMS-19的转录组测序分析
　　采用Illumina公司的HiSeq2000高通量测序仪对AspergillussydowiiMS-19转录组进行了测定,对木质纤维素降解酶和其它多个重要生理过程相关蛋白进行了注释分析。通过对聚多曲霉AspergillussydowiiMS-19中碳水化合物活性酶(CAZyme)的注释分析,共注释了282个CAZyme蛋白,其中包括5个纤维素酶。有关木质素酶的注释分析,发现一条参与木质素降解的漆酶序列,还有1条序列注释为血红素结合过氧化物酶,该酶有血红素结合位点,与通常意义上的木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶有相似的结构,推测其可能发挥相同的作用。注释还发现了聚多曲霉参与降解异源物质(苯乙烯、甲苯、氯苯)和潜在环境污染物(二噁英、多环芳烃)的酶,这些能代谢苯环结构的酶亦可能在降解苯基丙烷为结构单元聚合成的木质素中发挥作用。

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第一章 文献综述

1.1 极地微生物学研究概述

1.2 南极真菌多样性研究进展

1.3 南极适冷真菌产低温酶特性

1.4 木质纤维素结构特点及其微生物降解

1.5 低温木质纤维素酶研究进展

1.6 基因组学和转录组学概述

1.7 降解木质纤维素真菌功能基因组学研究进展

1.8 本课题研究意义和创新点

第二章 南极阿德雷岛不同基底中真菌的分离培养及初步鉴定

2.1.材料与方法

2.2结果

第三章 产木质素酶南极真菌的筛选鉴定及酶学性质初步研究

3.1 材料与方法

3.2. 结果与分析

3.3 讨论

第四章 木质素降解菌Aspergillus sydowii MS-19转录组测序分析

4.1 材料与方法

4.2 结果

参考文献

硕士期间发表论文

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