[发明专利]木糖转运蛋白及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物技术领域。具体地说，本发明涉及一种木糖转运蛋白及其应用。

背景技术

由于石油资源的有限性以及国际原油价格的波动性，利用可再生资源制造生物能源已受到世界各国的普遍重视，例如乙醇、丁醇等等。而丁醇由于其优良的燃烧特性及较乙醇更优的储存运输特性，更是有望在将来成为新一代生物燃料。自二战以来随着石油工业的发展，生物丁醇发酵由于较高的原料成本，大规模发酵一直处于停滞状态，而且随着近年来粮食价格的不断上涨及国家相关粮食安全战略的制定，采用粮食发酵生产燃料丁醇已受到严格限制。

我国传统的丁醇发酵生产中采用的生产菌-丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)以粮食原料(如玉米、小麦等)为底物。较高的粮食价格致使原料费用占溶剂生产总成本的比例偏高(75%以上)，这不仅限制了丁醇产品的市场竞争力，也严重违背了我国的粮食安全战略。因此，就长远而言，以非粮原料，尤其是廉价的木质纤维素资源(如秸秆、稻草等)通过生物转化制造生物燃料，例如丁醇是今后发展的必然趋势。

丙酮丁醇梭菌除了能够利用葡萄糖、蔗糖、淀粉外，还能利用木糖、乳糖、阿拉伯糖等多种碳源。农林废弃物(秸秆、稻草等)中的纤维素和半纤维素水解后的主要成分是葡萄糖、木糖及阿拉伯糖，丙酮丁醇梭菌宽泛的底物谱使得该菌可以利用纤维素、半纤维素水解液为原料进行生物丁醇的发酵。纤维素和半纤维素在自然界中占到植物界碳素的50%以上，利用纤维素和半纤维素水解液进行生物丁醇发酵，有望大大降低原料成本。

然而，丙酮丁醇梭菌与很多其它细菌一样存在着糖代谢物阻遏效应(carbon catabolite repression，CCR)，即在葡萄糖存在时，几乎不利用木糖和阿拉伯糖。此外，丙酮丁醇梭菌木糖代谢本身也存在瓶颈，例如对木糖的利用较慢，或者在高木糖浓度下，对木糖的利用缓慢且不充分。鉴于此，要提高丙酮丁醇梭菌在混合糖中木糖和阿拉伯糖利用率需要克服两个问题，一是葡萄糖存在时对木糖、阿拉伯糖代谢的阻遏，二是木糖代谢自身存在的瓶颈。

此外，现有技术中利用的菌株还往往存在产酸过多的问题，产酸过多说明碳源被消耗在非所需产物上，降低了对原材料的利用率，因此，对于生产菌株，产酸越低越好。而产酸过多也会对于菌体生长产生不利影响。丙酮丁醇梭菌发酵分为产酸期和产溶剂期，如果能加快酸回用速度就能够让菌株更早进入产溶剂期。

综上所述，本领域急需鉴定新的木糖转运蛋白，进而开发出能够高效转运木糖的菌株，从而提高菌株对木糖的利用率和利用速度以及提高酸回用速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型木糖转运蛋白，开发出能够高效转运木糖的菌株，从而提高菌株对木糖的利用率和利用速度以及提高酸回用速度。

在第一方面，本发明提供一种表达载体，所述表达载体包含：

(i)氨基酸序列如SEQ ID NO:1或2所示的蛋白的编码序列；或

(ii)由SEQ ID NO:1或2所示氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的且具有氨基酸序列如SEQ ID NO:1或2所示蛋白功能的衍生蛋白的编码序列。

在优选的实施方式中，所述表达载体包含SEQ ID NO:3或4所示的多核苷酸序列。

在第二方面，本发明提供包含本发明第一方面所述表达载体或基因组上整合有以下编码序列的宿主细胞：

(i)氨基酸序列如SEQ ID NO:1或2所示的蛋白的编码序列；或

(ii)由SEQ ID NO:1或2所示氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的且具有氨基酸序列如SEQ ID NO:1或2所示蛋白功能的衍生蛋白的编码序列。

在优选的实施方式中，所述宿主细胞是丙酮丁醇梭菌、拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)、酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)或大肠杆菌(E.Coli)。

在另一优选的实施方式中，所述宿主细胞是丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)。

在第三方面，本发明提供以下蛋白或包含其编码序列的表达载体或包含所述表达载体的宿主细胞在产生生物燃料中的用途：

(i)氨基酸序列如SEQ ID NO:1或2所示的蛋白；或