[发明专利]一种纤维素高产的蓝藻工程菌及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种纤维素高产的蓝藻工程菌及其制备方法和应用。

背景技术

近年来受能源危机的影响，世界各国都在积极探索各种形式的新能源，以此替代有限的化石能源(煤，石油，天然气)。生物能源作为新能源的代表，正在发挥着越来越大的作用。目前生物能源主要包含生物乙醇，生物柴油，生物气体三大类。乙醇不仅是一种重要的化工原料，同时也是一种高效低污染的石油替代型能源，所以其重要性不言而喻。现有的乙醇生产平台主要依靠淀粉和糖类物质以及玉米杆和麦秆等纤维素材质的发酵与分解。例如美国近年来利用玉米大量生产乙醇，而巴西凭借其地理位置的优势大面积耕种甘蔗进而分解为乙醇，使其以燃料乙醇为代表的生物能源产业的发展受到了全世界瞩目。

尽管美国具有玉米生产乙醇的技术平台优势，但这严重占用了现有耕地，与食物的供应产生了冲突；而巴西有地理位置的优势，可以大面积耕种甘蔗，但这种策略并不适用于其他不具备此地理环境的国家。而最为传统的依靠降解玉米杆和麦秆等植物的纤维素以生产乙醇的方式，因为其中大量木质素难以被去除，导致生产过程具有低效率，高能耗和高污染的缺点。因此需要寻求技术上的突破来探索其他生产乙醇的方式，一方面不占用耕地，另一方面降低生产成本，同时还应当减少环境的污染。

蓝藻作为一种能够光合自养的微生物，其低廉的培养成本，高效的生长速率以及特殊的细胞结构，为其作为产生生物能源的工程菌提供了很大潜力。而木醋杆菌Gluconacetobacter xylinum ATCC 53582是一种可以天然向胞外分泌结晶型纤维素(I型)的细菌。其分泌的纤维素已经广泛应用于医疗，食品，制造业等各个领域。但培养木醋杆菌的高额成本和生长过程中产生的次级代谢物以及废弃物对环境的污染，使其不适于进行大规模的培养生产。若单纯用其分泌的纤维素降解为乙醇作为能源，这样需要更高昂的代价。

发明内容

本发明旨在提供一种纤维素高产、培养成本低的蓝藻工程菌。

本发明提供的技术方案如下：

1.一种蓝藻工程菌，其特征在于，所述工程菌为cesA基因(SEQ ID NO：1)缺失的蓝藻(Synechococcus sp.)PCC 7002突变体；该突变体的质粒或基因组上整合并表达木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)ATCC 53582的7个连续的纤维素合成相关基因cmcase(SEQ ID NO：4)、ccp(SEQ ID NO：5)、acsA(SEQ ID NO：6)、acsB(SEQ ID NO：7)、acsC(SEQ ID NO：8)、acsD(SEQ ID NO：9)、bglxA(SEQ ID NO：10)；

2.如方案1所述的蓝藻工程菌，其特征在于，所述7个连续的纤维素合成相关基因由蓝藻(Synechococcus sp.)PCC 7002的cpcBA基因的启动子(SEQ ID NO：11)或蓝藻(Synechocystis sp.)PCC 6803的cpcBA基因的启动子(SEQ ID NO：12)来启动表达。

3.如方案1所述的蓝藻工程菌，其特征在于，所述7个连续的纤维素合成相关基因整合到蓝藻的质粒为pAQ1、pAQ3、pAQ4、pAQ5、pAQ6、pAQ7之一上，或整合到蓝藻基因组上。

4.方案1所述蓝藻工程菌的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将蓝藻(Synechococcus sp.)PCC 7002自身的纤维素合成基因cesA(SEQ ID NO：1)敲除或破坏，得到蓝藻突变体；

2)构建Q1载体，所述载体上含有红霉素抗性基因(Em)，载体序列中含有2段与蓝藻(Synechococcus sp.)PCC 7002的质粒pAQ1同源的DNA区域，分别是图4中的5’Homologous Region(SEQ ID NO：13)和3’Homologous Region(SEQ ID NO：14)；