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整合组学技术分析嗜热微生物降解生物质的偏好性与酶系高效分泌机制
结题报告
批准号:
31770054
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
王禄山
依托单位:
学科分类:
C0103.微生物组学与代谢
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
张丽丽、公维丽、刘琳、蒋绪恺、李欣、孙晓萌、史泽露
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中文摘要
进入新世纪,农业废弃物等资源高效转化形成高附值的功能食品原料、食品添加剂及生物基化学品已成绿色生物技术发展的重要方向,而嗜热微生物分泌的酶系热稳定性好、生产应用成本低而被广泛关注。本课题拟用整合组学的方法调研重要嗜热微生物基因组中碳水化合物活性酶的种类与数量,分析其降解模式与降解潜能;利用功能蛋白组学技术分析相关酶系高效分泌的条件与环境影响因素,阐明嗜热微生物胞外酶系中核心酶组分的种类与浓度变化、辅助酶组分高效诱导因素以及其辅助因子等增效功能;利用荧光辅助糖电泳(FACE)结合糖质谱等糖代谢组技术分析检测中间代谢种类与数量,明确不同酶系降解形成寡糖的产物谱特征与其高效转化的限速瓶颈;基于网络生物学技术系统分析降解代谢动态网络,在系统生物学水平上认识相关嗜热微生物降解多糖的偏好性,了解其嗜热环境下酶系的高效分泌机制,为功能酶系定制形成绿色高效转化工艺奠定理论与技术基础。
英文摘要
In the new era, it has gradually become the theme of green biotechnology development that efficiently converting agricultural waste resources to functional food ingredients, additional agent and bio-based chemicals with high attached value, while thermophilic microorganisms have been widely concerned due to the strong ability to secrete enzymes possessing a good thermal stability, long half-life and low production cost. In this study, the amount and type of carbohydrate active enzymes in the thermophilic microbial genome, the degradation potential and preference of specific biomass are investigated by integrated-omics. With functional proteomics technology, it is expected to analyze the environmental influence factor of efficient secreted enzymes, clarifying the composition and concentration changes of extracellular enzymes of thermophilic microorganisms, efficient induced factors of auxiliary enzyme components and their synergistic functional cofactors. Also, combining fluorophore-assisted carbohydrate electrophoresis with sugar metabonomics technology, the diversity of intermediate metabolites and the restriction factors of high-efficiency bioconversion can be determined. Furthermore, with the network biology technology, it is expected to explore the mechanism of efficient secretion of the microbial extracellular glycoside hydrolase under different carbon source culture conditions and the preference for biomass, which provide theoretical and technical basis for the optimization of fermentation technology in industry.
进入新世纪,农业废弃物等资源高效转化形成高附值的功能食品原料、食品添加剂及生物基化学品已成绿色生物技术发展的重要方向,而嗜热微生物分泌的酶系热稳定性好、生产应用成本低被广泛关注。本课题首先构建整合组学技术,分析了高温堆肥生境中优势嗜热微生物梳棉状嗜热丝孢菌和褐色喜热裂孢菌降解木质纤维素的潜能,构建了嗜热真菌和嗜热放线菌高效降解微生物组合,并阐明了调控偏利共生及其酶协同分泌机制,明确了限制褐色喜热裂孢菌高效降解结晶纤维素的主要障碍,并对清除此障碍发挥主要功能的特异性木聚糖酶系进行了功能和结构的解析,并对相关酶组分进行了理性设计,这为人工构建高效降解木质纤维素的微生物组合与酶系提供了全新思路;重点利用整合组学方法系统地研究了嗜热毛壳菌对木质纤维素的生物质降解偏好性、生物质降解过程中的酶系诱导等表达的时序性和LPMO、GH酶类等不同降解酶组分的协同性,这为进一步丰富和完善结晶纤维素的降解理论体系奠定基础;利用整合功能组学方法分析了嗜热链霉菌 F-3 对生物质废弃物的降解偏好性,阐明嗜热微生物胞外酶系中几丁质核心酶组分的种类与浓度变化、胞外主要功能酶系的高效协同降解机制,有助于指导其工业应用方向;相关方法体系应于探索黑曲霉对多种粮食加工副产物中多糖组分的降解利用的偏好性、产物谱及影响因素,为粮食加工副产物的绿色高效转化工艺的形成奠定了理论与技术基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Processive Degradation of Crystalline Cellulose by a Multimodular Endoglucanase via a Wirewalking Mode
多模块内切葡聚糖酶通过走丝模式持续降解结晶纤维素
DOI:10.1021/acs.biomac.8b00340
发表时间:2018
期刊:Biomacromolecules
影响因子:6.2
作者:Zhang Kun-Di;Wang Ye-Fei;Tan Fang-Cheng;Yao Li-Shan;Li Fu-Li;Li Wen;Wang Lu-Shan;Zheng Yan-Lin;Bayer Edward A.;Ma Xiao-Qing;Li FL;Wang LS
通讯作者:Wang LS
Insights Into the Role of Exposed Surface Charged Residues in the Alkali-Tolerance of GH11 Xylanase
深入了解暴露的表面带电残基在 GH11 木聚糖酶耐碱性中的作用
DOI:10.3389/fmicb.2020.00872
发表时间:2020-05
期刊:Frontiers in Microbiology
影响因子:5.2
作者:Wu Xiuyun;Zhang Qun;Zhang Lanzeng;Liu Shijia;Chen Guanjun;Zhang Huaiqiang;Wang Lushan
通讯作者:Wang Lushan
DOI:10.1080/07391102.2021.1930167
发表时间:2021-05
期刊:Journal of Biomolecular Structure & Dynamics
影响因子:4.4
作者:Song Yuxuan;Wu Xiuyun;Zhao Yue;Jiang Xukai;Wang Lushan
通讯作者:Wang Lushan
DOI:--
发表时间:2020
期刊:生物化学与生物物理进展
影响因子:--
作者:张舒;赵越;陈冠军;余俊红;吴秀芸;王禄山
通讯作者:王禄山
Integrated Functional-Omics Analysis of Thermomyces lanuginosus Reveals its Potential for Simultaneous Production of Xylanase and Substituted Xylooligosaccharides
疏棉状嗜热霉菌的综合功能组学分析揭示了其同时生产木聚糖酶和取代的低聚木糖的潜力
DOI:10.1007/s12010-018-2873-5
发表时间:2018-09
期刊:Applied Biochemistry and Biotechnology
影响因子:3
作者:Shi Zelu;Gong Weili;Zhang Lili;Dai Lin;Chen Guanjun;Wang Lushan
通讯作者:Wang Lushan
糖苷水解酶GH5亚家族活性中心架构及其功能快速演化的相关机理研究
  • 批准号:
    31370111
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    王禄山
  • 依托单位:
基于结构生物信息学指导的GH12家族糖苷水解酶的理性设计
  • 批准号:
    31170071
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    王禄山
  • 依托单位:
外切纤维素酶I高效降解结晶纤维素动态学过程与充分条件
  • 批准号:
    31070063
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    王禄山
  • 依托单位:
高通量分析天然生境中纤维素酶多样性蛋白组学方法的建立
  • 批准号:
    30970092
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    王禄山
  • 依托单位:
酶解过程中纤维超分子结构变化与纤维素酶组分的构效分析
  • 批准号:
    30870044
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    8.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    王禄山
  • 依托单位:
纤维素酶解过程中外切纤维素酶Ⅰ分子失活原因的分析
  • 批准号:
    30500007
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    王禄山
  • 依托单位:
国内基金
海外基金