Forscher am Institute of Modern Physics (IMP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) haben Fortschritte bei der Untersuchung der Schwerionen-Mutagenese-Züchtung und des Cellulase-Synthesemechanismus enzymproduzierender Stämme erzielt. Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Biotechnologie für Biokraftstoffe und Bioprodukte.
Cellulase, die nach Amylase und Protease den weltweit drittgrößten Anteil am industriellen Enzymmarkt ausmacht, wird in vielen Bereichen eingesetzt. Die industrielle Verwendung von Cellulase steht jedoch immer noch vor Herausforderungen, einschließlich der geringen Produktivität von Stämmen, unvollständiger Enzymsekretion, hohen Kosten der Cellulase-Produktion und unvollständigem Regulationsmechanismus der Cellulase-Synthese und des Metabolismus. Daher ist die Mutagenesezüchtung exzellenter Stämme durch Schwerionenbestrahlung und integrative Omics-Analyse von großer Bedeutung für die Entwicklung der Cellulase- und Biomasse-Energieindustrie.
Trichoderma longibrachiatum (T. longibrachiatum) spielt eine wesentliche Rolle bei der Produktion von industriellen Enzymen und dem Recycling von Biomasse. In der Studie verwendeten Forscher der Biophysics Group des IMP den T. longibrachiatum LC-Stamm, um Mutantenstämme zu züchten.
Die Forscher bestrahlten den nicht modellhaften industriellen enzymproduzierenden Stamm von T. longibrachiatum LC-Stämmen mit Schwerionenstrahlen und erhielten zwei hervorragende Mutantenstämme, LC-M4 und LC-M16. Es wurde festgestellt, dass die FPase-Aktivitäten von LC-M4 und LC-M16 im Vergleich zu denen des Wildstamms um 46,91 % bzw. 35,5 % zunahmen.
Die Forscher erhielten dann die überlappenden Gene aus der integrativen Analyse und identifizierten, dass die signifikanten Veränderungen der Signalwege im Zusammenhang mit der Modifikation und Sekretion von Enzymproteinen in mutierten Stämmen der Hauptgrund für die Cellulase-Hyperproduktion in LC-M4- und LC-M16-Mutanten sind. Außerdem erhielten sie die wichtigsten Kandidatengene, die die Cellulasesynthese und -sekretion durch die Koalitionsanalyse beeinflussen, die für das Design und die Modifikation der Gentechnik von Stämmen verwendet werden könnten.
Darüber hinaus konstruierten die Forscher ein Modell des Sekretionswegs des Cellulase-Proteins auf der Grundlage der in dieser Studie erhaltenen differentiell exprimierten Gene, Proteine und Schlüsselkandidatengene. Dieses Modell ergänzte den Prozess der Regulation des Cellulasestoffwechsels und des Synthesesekretionswegs von Fadenpilzen.
Die aus dieser Studie gewonnenen Omics-Daten könnten die Omics-Ressourcen von nicht modellhaften industriellen enzymproduzierenden Stämmen bereichern.
Miaoyin Dong et al., Integrative Transkriptom- und Proteomanalysen von Trichoderma longibrachiatum LC und seinen Cellulase-hyperproduzierenden Mutanten, die durch Schwerionenmutagenese erzeugt wurden, zeigen die Schlüsselgene, die an der Regulation cellulolytischer Enzyme beteiligt sind, Biotechnologie für Biokraftstoffe und Bioprodukte (2022). DOI: 10.1186/s13068-022-02161-7