[发明专利]一种过表达MIG1基因的酿酒酵母及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种过表达MIG1基因的酿酒酵母及其制备方法与应用，主要是利用基因工程技术在工业酿酒酵母中转入糖代谢转录因子制备一种木糖代谢工程菌，以达到提高葡萄糖和木糖混合糖发酵生产燃料乙醇过程中乙醇收率的效果。

背景技术

利用生物技术对来源丰富、价格低廉的生物质进行生物转化，生产生物燃料和生物基化学品，具有环境友好、资源节约、可再生等特点，一直受到国内外研究者的普遍关注。生物质包括植物的茎、枝干、叶等木质纤维素类物质，农业废弃物(玉米秸秆、稻草、麦秸等)，甜菜等专门栽培作物，和各种城市废弃物等，其主要成分是纤维素和半纤维素等，这两者水解产生的发酵糖可通过微生物的生物转化生产燃料乙醇和多种生物基化学品。

木质纤维素水解的五碳糖和六碳糖主要是木糖和葡萄糖，而酿酒酵母体内没有代谢五碳糖的途径，所以不能充分利用木质纤维素水解液中的糖类，不适用于木质纤维素乙醇五碳糖六碳糖共发酵，通过基因工程手段可以导入木糖乙醇转化代谢途径：木糖还原酶-木糖醇脱氢酶途径和木糖异构酶途径，可以构建重组菌株，但仍然存在木糖不能有效利用、乙醇产量低等诸多问题，通过蛋白质工程、基因工程、进化工程等多种手段疏通木糖代谢途径，改善菌株发酵性能，从而达到木质纤维素水解产物有效转化成乙醇，已经成为第二代生物乙醇的研究重点。

酿酒酵母由于乙醇发酵性能好，具有生物安全性、容易进行菌种改良等很多优点，已成为生物燃料生产的首选菌种。木质纤维素乙醇发酵过程中，生产菌株对多种环境胁迫的耐受性对菌株的发酵性能具有重要的影响。同步糖化发酵和联合生物加工等均需要高温条件以达到较高的酶解效率，但较高温度对酿酒酵母细胞生长产生抑制，而且影响乙醇发酵性能。因此，提高菌株的耐高温性能，有利于菌株在高温下具有良好的发酵活性。

MIG1基因是负责葡萄糖阻遏的转录因子，在葡萄糖存在条件下，该基因的编码产物可结合在目标基因的启动子区域，在葡萄糖没有被利用完之前，其他糖类如甘露糖、蔗糖、半乳糖和木糖代谢的基因的表达就一直被阻遏，这些甘露糖、蔗糖、半乳糖和木糖就不能被利用。有研究者比较了重组酿酒酵母TMB3001的MIG1基因敲除的突变体与野生型菌株的乙醇发酵性能，发现在分批式发酵过程中二者没有明显差别，但在连续发酵过程中，MIG1基因敲除突变体比对照菌株木糖消耗速率提高了25％，乙醇产率从对照菌的0.475g/L·h提高到MIG1基因敲除突变体的0.6g/L·h。但过表达该基因的突变体对混合糖发酵的性能还未见报道。

发明内容

本案发明人基于在絮凝酵母SPSC01中发现的MIG1基因，发现了该基因过表达可影响木糖利用、乙醇收率及副产物甘油、木糖醇和乙酸的产量。

一方面，本发明提供了一种过表达MIG1基因的酿酒酵母。

根据本发明的具体实施方案，本发明以工业自絮凝酵母菌株SPSC01来源的MIG1基因为基础，构建了MIG1基因过表达的酿酒酵母。来自工业自絮凝酵母菌株SPSC01的葡萄糖阻遏转录因子基因MIG1具有如SEQ ID No.1所示核苷酸序列，其编码的蛋白氨基酸序列参见SEQ ID No.2。

本发明的相关实验证明，在酿酒酵母中过表达具有如SEQ ID No.1所示核苷酸序列的MIG1基因，可以提高酿酒酵母在葡萄糖和木糖混合糖发酵生产乙醇过程中乙醇收率，降低副产物乙酸和甘油产量；还可以使酿酒酵母具备在糖类主要为木糖的培养基中发酵产生乙醇的能力，同时可提高其在纯木糖培养基中发酵产生的木糖醇的得率。本发明的过表达MIG1基因的酿酒酵母为木糖代谢工程菌。