pH调控里氏木霉纤维素酶合成的分子机制

In present cellulase production, the high cost and the low cellulase activity have become the bottlenecks of cellulase for large scale production. In the previous study, pH played important roles in cellulase production in submerged cultivations. The cullulase production was improved to a relative high level through pH cotrol strategy. In order to elucidate pH regulation mechanism on cellulase sythesis, the RNA-seq was carried out based on T. reesei at different pH.In this program, The specific expression genes will be filtered out, GO functional enrichment analysis and KEGG pathway analysis of these genes will be performed through bioinformatics analysis. Then the key genes will be picked out to perform the further functional research to discover their roles in cellulase sythesis regulation mechanism of pH. Through this study, the key regulation factors of cellulase induction will be determined, which will become the targets of the modification for the hyperproduction cellulase strains. This study will provide a theoretical basis for reducing the production cost of cellulose hydrolysis.

纤维素生产发酵过程控制对纤维素酶活性及成本等起着关键作用。本项目组在前期研究发现， pH在发酵过程中对纤维素酶合成及酶系组成方面有着重要的影响，通过分阶段pH调控策略，可以大大提高纤维素酶的合成。为了解析pH对纤维素酶合成的过程调控分子机制，对里氏木霉不同pH条件下的差异转录组进行了测序分析。本研究旨在通过进一步生物信息学分析及靶基因表达模式分析，明晰受pH控制纤维素酶生产主要代谢途径并挖掘关键调控因子。在此基础上通过对关键调控因子表达调控进行功能分析，以及探讨pH关键调控因子间作用模式，诠释pH对里氏木霉纤维素酶合成的作用机制。通过本研究，有助于对丝状真菌纤维素酶合成机制的补充，对纤维素酶高产菌株改造有着重要的指导意义，为降低纤维素酶生产成本提供理论依据。

纤维素生产发酵过程控制对纤维素酶活性及成本等起到至关重要的作用。在众多的影响因素中，pH在发酵过程中对纤维素酶合成及酶系组成方面有着重要的影响。本项目基于前期研究基础，详细解析了pH是如何参与纤维素酶合成调控的。首先，通过对发酵过程中不同关键的pH点取样进行差异转录组学分析，发现数百个差异表达基因，这些差异表达的基因分别参与到氨基酸的运输及代谢，碳源的运输及代谢，细胞分裂，细胞防御，无机离子的运输及代谢，核酸运输及代谢，蛋白翻译后修饰，次生代谢物的合成及运输代谢，转录调控等等方面。然后针对每个差异基因进行差异表达验证等分析，确定关键调控因子；对2个关键因子进行详细的功能刻画，Trpac1是参与pH调控的关键因子，它不仅影响里氏木霉在不同pH条件下的生长发育，还影响纤维素酶的合成，参与到纤维素酶的转录调控中；Trhfb3编码里氏木霉II型疏水蛋白，通过对该基因的功能解析发现，Trhfb3基因的缺失突变体丧失了疏水作用，对里氏木霉的生物量积累大大降低，但是并未影响纤维素酶合成，推测可能是里氏木霉中其他两个疏水蛋白编码基因Trhfb1和Trhfb2主要影响纤维素酶的合成。此外还对其他关键因子进行了简单刻画。综上所述，通过本项目的研究，为全面解释pH 对纤维素酶合成调控机制奠定基础，真正的将基础理论研究与发酵过程控制结合，解决实际纤维素酶发酵中遇到的问题，也为纤维素酶菌株的分子遗传改造提供理论依据。