热纤梭菌(Ruminiclostridium thermocellum)纤维小体是自然界中最高效的纤维素酶系统之一,但其催化效率受到纤维素降解中间产物-纤维二糖的反馈抑制。因此寻找具有稳定降解纤维二糖能力的菌株,研究其纤维二糖代谢的关键基因和调控机制,对实现纤维素类生物质资源的高值利用至关重要。本研究以具有抵抗纤维二糖反馈抑制能力的热纤梭菌(R.thermocellum M3)为研究对象,以解析其稳定降解纤维二糖机制为目标,探讨了批式培养下菌株M3降解纤维二糖的动力学特性,在此基础上,结合基因和转录组学手段揭示了菌株M3降解纤维二糖的核心基因,与此同时,明晰了热纤梭菌降General medicine解纤维二糖的关键代谢通路,具体结果如下:本研究考察了菌株M3降解纤维二糖的动力学特性,结果表明:与其他野生型热纤梭菌不同,R.thermocellum M3可以在浓度超过2%的纤维二糖上生长,纤维二糖浓度为12g/L时的菌体生长状态和葡萄糖产量达到最佳。同微晶纤维素相比,纤维二糖底物生长时菌株M3分泌的β-葡萄糖苷酶活性更高,同时也伴随着更高的葡萄糖积累量,葡萄糖产量最高可达767.97mg/g纤维二糖。通过Pacbio测序平台构建了菌株M3全基因组图谱,并结合基因功能注释和比较基因组学揭示了菌株M3降解纤维二糖的基因组特异性。结果表明:菌株M3基因组大小约为3.6Mb,GC含量为38.9%,编码基因的数量为3077,其中大部分基因参与糖代谢和酶催化。与其他野生型热纤梭菌相比,菌株M3在进化上具有差异性,包含192个特异性基因,其中编码β-葡萄糖苷酶的基因(bBafilomycin A1gl X)首次在热纤梭菌中报道。在揭示菌株M3降解纤维二糖特异性基因的基础上,从转录水平进一步阐明其在不同碳源下的代谢调控机制以及应对纤维二糖胁迫的响应机制。结果表明:在不同底物的诱导下R.thermNN2211化学结构ocellum M3的基因转录水平具有显著差异,主要通过调控与纤维小体结构、β-葡萄糖苷酶、纤维二糖磷酸化酶和ABC转运蛋白等相关的编码基因来抵抗纤维二糖反馈抑制,其中,菌株M3分泌高活性β-葡萄糖苷酶与bgl X基因的表达息息相关。富集在细菌趋化性通路上的差异表达基因几乎全部上调表明菌株M3通过提高趋化性基因表达的生物策略来增加对纤维二糖底物的感知与适应。以上结果表明,R.thermocellum M3可以生长在浓度为2%的纤维二糖上。在纤维二糖胁迫下,显著影响了菌株M3基因组中与纤维小体成分和糖转运相关的基因以及参与调控趋化性通路中的关键基因的表达,这些信息为细菌糖化纤维素类底物的遗传改造工程提供新的策略和靶位奠定基础。该论文有图29幅,表25个,参考文献123篇。