米根霉代谢木糖积累富马酸的细胞能量调控机制

富马酸是一种重要的化学品，广泛应用于化工、医药、食品等行业。目前发酵法生产富马酸的主要原料为葡萄糖，本研究通过比较米根霉对木质纤维素中主要单糖成分——木糖和葡萄糖的生理代谢差异以及转录组比较差异，研究了限氮条件下的木糖代谢特征及关键酶活性; 通过对米根霉能量代谢的研究，发现了米根霉中存在侧系呼吸途径（抗氰呼吸途径）该途径与能量代谢及富马酸积累具有重要关联。主要工作如下：.1）米根霉利用木糖与葡萄糖的代谢差异：以木糖为碳源时，米根霉生物量较高，达到9.93g/L，对糖转化率达37.2%，同时胞内还原力和ATP含量较高，几乎不积累有机酸；以葡萄糖为碳源时，米根霉生物量为7.28g/L，对糖转化率仅25.46%，细胞大分子组分、胞内还原力以及ATP的含量较低，但有机酸（乳酸为主）积累量较高。.2）米根霉在氮源限制下的木糖代谢和关键酶特性：富氮条件下，木糖代谢速率达2.03 g/(L.h)，木糖还原酶、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的活力以及胞内还原力较高，生物量达18.01 g/L，几乎不积累有机酸；限氮条件下，上述酶的活力以及还原力水平降低，生物量仅4.02 g/L，富马酸积累量为6.55 g/L，残余木糖较高；氮源浓度为0.6 g/L时，上述酶活以及还原力处于前二者之间，此时富马酸积累量达12.28 g/L。.3）米根霉代谢木糖与葡萄糖的转录组研究：通过对米根霉分别在木糖和葡萄糖培养状态下的RNA样品进行测序，获得覆盖基因组84.14%区域的转录组信息。分析结果表明，米根霉的12636个蛋白编码基因中，共有12593个发生转录，其中1245个发生转录差异，在木糖培养条件下转录上调573个，转录下调672个。.4）米根霉细胞中抗氰呼吸途径及其对富马酸积累的影响：米根霉细胞中存在抗氰呼吸途径，该途径的呼吸活力受到碳源、碳氮比的影响。以葡萄糖为碳源，在限氮条件下抗氰呼吸强度较高，占总呼吸强度的70%左右，抗氰呼吸强度与富马酸生产速率同时达到最大值。以木糖为碳源时，抗氰呼吸途径几乎不存几乎不存在，而此时富马酸的积累亦受到抑制。采用定量PCR分析了抗氰呼吸关键酶——交替氧化酶AOX的转录水平，结果表明抗氰呼吸的调控途径是转录水平的调控。. 本项目已发表SCI论文4篇(接受1篇)，中文核心期刊论文8篇（接收1篇），申请专利5项，授权专利2项，申请PCT专利1项。