生物质是地球上唯一可大规模再生的有机资源,尤其是农业废弃物如玉米芯、玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆等由于其产量大、可再生、未充分利用等特点作为二代燃料乙醇的生产原料。其中木糖是生物质中含量最丰富的戊糖,但是野生型酿酒酵母具有非常有限的木糖利用的能力。
研究人员几十年来一直在探索酵母中木糖利用的代谢工程,并且通过代谢途径的引入和定向进化已经实现了木糖利用。但是,仍然存在一些瓶颈会影响工程酵母菌株对木糖的利用效率。显然,将木糖通过跨膜转运方式转入细胞中是酵母中木糖代谢的先决条件,木糖转运效率低也是公认的主要限制因素,阻碍了将木糖用作工业发酵的碳源的发展。
山东大学方诩团队在丝状真菌里氏木霉 (Trichoderma reesei) 中对新的糖转运蛋白进行了挖掘,并通过在酿酒酵母中进行表达鉴定了三个属于MFS (major facilitator superfamily) 家族的转运蛋白。其中发现了一个具有高效糖转运功能的转运蛋白Xltr1p,其具有转运多种己糖及其木糖的转运能力。通过对Xltr1p不同突变体进行转运能力的分析,发现了多个对于转运关键的氨基酸位点,并且对其功能进行了深入分析,为其高效转运提供了理论基础。通过对特定氨基酸位点的突变有望实现混合碳源条件下对木糖的单一转运。
研究成果已发表在美国化学学会 (ACS) 的top期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry上。方诩教授课题组的蒋艺为该文章第一作者,方诩教授为该文的通讯作者,山东大学为论文第一单位。该研究得到了国家重点研究开发计划,山东省自然科学基金重大项目,国家自然科学基金和111项目的资助。
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