[发明专利]一种fruC基因过表达的重组梭菌、其构建方法及应用

说明书

本发明公开了一种fruC基因过表达的重组梭菌、其构建方法及应用，属于生物化工技术领域。所述fruC基因的序列为SEQ ID NO.1，fruC基因编码的蛋白质的氨基酸序列为SEQ ID NO.2。所述梭菌的构建方法包括(1)fruC基因过表达重组质粒构建；(2)过表达重组质粒构建的甲基化；(3)fruC基因过表达重组菌株构建；(4)重组菌株丁醇发酵性能检测。本发明将fruC基因在C.acetobutylicum ATCC 824中过表达能显著提高丁醇发酵果糖、果糖与葡萄糖混合糖以及菊芋水解液利用率及丁醇产量。

技术领域

本发明涉及一种提高丁醇产量的重组梭菌、构建方法与应用，尤其是涉及一种可用于生产丁醇的重组梭菌、其构建方法及应用。

背景技术

人类社会的发展与能源的利用密切相关。在远古时期，人类开始使用火，从而进入文明时代；第一次工业革命又将人类带入以煤炭为能源的时代；第二次工业革命后，人类开始利用石油等自然。而石油、煤炭等都属于不可再生能源，储量有限而且污染严重。能源问题已经属于迫切需要解决的问题。

新型绿色环保、可持续发展的能源，已经成为世界各国共同的需求。其中一种理想的可再生资源是生物质资源，生物质资源具有年产量大，可再生，绿色环保等优点。利用生物质资源进行生物燃料的生产则是一种新型的解决能源危机的方法。

生物燃料主要包括生物乙醇，生物丁醇。其中，生物丁醇比生物乙醇具有更多的优点，如能量密度高；可以与汽油任意比例混合；而且运输方便，不需对现有的运输管道做技术修改等。实际上，生物丁醇具有数十亿美元的市场，而且全世界对丁醇的需求以3％的比例增长，预计到2020年具有接近百亿美元的市场。利用传统的化工合成丁醇需要以石油为原料，投资高，设备技术复杂。因此利用生物质资源发酵生产丁醇成为可再生绿色能源开发利用的热点。但生物质资源存在利用率低的缺点，因此开发新工艺或研究工程菌株提高对生物质资源的利用以及成为目前的热点研究。

对于丁醇发酵，葡萄糖基、淀粉基的生物质资源最易被菌体利用，但价格较高；而非葡萄糖基的物料，存在诸多问题，如原料利用率低，发酵周期长，丁醇产量及产率低。在丁醇发酵生产中，丁醇的产量和产率是评价发酵性能的重要参数，提高丁醇产量有利于后续分离操作和降低提纯成本，而产率对资本投入具有很大影响，提高一倍产率，能够降低20％固定投入。所以，就需要进行工艺改造或菌株改造，从而提高丁醇产量，最终满足工业化指标。

随着分子生物学的发展，菌株改造技术愈来愈成熟，丙酮丁醇梭菌基因组的测序工作也已完成，研究工作者可以对丁醇发酵菌株进行分子水平调控。关于转录组学、代谢组学及蛋白组学的相关研究进展有着广泛报道，对丙酮丁醇梭菌生理代谢途径以及调控机制的认识已经取得很大进展。但通过菌株改造来提高丁醇发酵底物利用效率及生产强度的研究进展却不大，主要原因是缺少有效的靶标基因进行代谢工程的定向改造。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，首先公开一种用于构建高产丁醇重组菌的fruC基因片段(locus_tag＝CA_C0233)，其具有如SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列。所述fruC基因编码的蛋白质FruC的氨基酸序列为SEQ ID NO.2。其中，该FruC蛋白质全长147个氨基酸，其分子量为16.56kDa。

本发明还涉及上述fruC基因片段相关的生物材料，具体为下述一种：

(1)含有上文所述的fruC基因的表达盒；

(2)含有上文所述的fruC基因的重组载体或含有(1)所述表达盒的重组载体；

(3)含有(2)所述重组载体的重组菌。

本发明还公开了通过在梭菌内过表达fruC基因，来提高重组菌对果糖、混合糖(葡萄糖：果糖＝1:4)以及菊芋水解液的利用率及提高重组菌的丁醇产量。所述重组梭菌含有核苷酸序列为SEQ ID NO.1的fruC基因。