[發明專利]一種藍細菌脂肪烴合成關鍵基因及其應用

有效

• 申請號: 201410660371.2
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN105586351B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 呂雪峰;朱濤;莫慧琳
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所;波音(中國)投資有限公司
• 主分類號: C12N15/53
• 分類號: C12N15/53;C12N15/63;C12N1/21;C12R1/19
• 代理公司: 21002 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 周秀梅;李穎

本發明公開了一種源于藍細菌的脂肪烴合成關鍵基因及其應用。所述脂肪烴合成基因包括脂酰ACP還原酶(Fatty acyl?acyl carrier protein reductase,AAR)和脂肪醛脫甲酰基加氧酶(Fatty aldehyde deformylating oxygenase,ADO)的編碼基因。本發明還涉及構建體，所述構建體包含有活性的啟動子和受該啟動子控制的脂肪烴合成關鍵基因。將所述構建體轉化大腸桿菌，可使基因工程大腸桿菌獲得脂肪烴合成能力。將至少一種構建體轉化藍細菌，可顯著提高基因工程藍細菌的脂肪烴產量。本發明公開的藍細菌產烴關鍵基因將為微生物直接合成脂肪烴類新型生物燃料提供新的候選基因資源。

技術領域

本發明涉及能源微生物種質資源與基因資源領域，具體而言是一種藍細菌脂肪烴合成關鍵基因。

背景技術

能源是現代工業的支柱，以化石燃料為代表的傳統能源的日益短缺是制約我國經濟可持續發展的瓶頸，可再生的生物燃料的應用成為緩解能源危機并改善生態環境的最佳選擇之一。在交通運輸業中廣泛使用的汽油、柴油和航空煤油等化石燃料的主要成分是特定鏈長范圍的脂肪烴，脂肪烴具有高能量密度、低吸濕性、低揮發性、與現有發動機相兼容等優點，是傳統石化液體燃料的最佳替代品(Keasling and Chou 2008)。

石油、古代沉積物以及隕石中包含了大量可能為生物來源的物質，其中脂肪烴也是最受關注的成員之一。科學家曾針對傳統化石能源的起源提出了腐朽的藻類細胞是其組成成分的理論(Han and Calvin 1969)。而自上世紀六十年代末期開始的關于藍細菌中脂肪烴的研究主要是圍繞分析和鑒定不同藍細菌(或者其他真核藻類)的脂肪烴組成和含量展開的。目前已報道的野生藍細菌中脂肪烴含量最低占細胞干重的0.01％(Winters etal.1969)，最高可達0.26％(Coates et al.2014)。研究發現其鏈長主要集中于C15至C20之間，且以C17為主(Han et al.1968)。

作為新一代能源微生物系統，藍細菌具有以下優勢：(1)與合成生物燃料的異養微生物反應器大腸桿菌、釀酒酵母等不同，藍細菌能夠利用太陽能并可以二氧化碳作為碳源生長，具備種類豐富、培養成本低、生命力強、生長速率快等優點。(2)從基因工程角度考慮，與同樣可利用太陽能和二氧化碳的真核微藻、高等植物不同，藍細菌作為合成脂肪烴的宿主，其基因操作更為簡易，可進行大規模的遺傳改造。(3)藍細菌具有相對清晰的遺傳背景。目前已公布了130余株藍細菌的全基因組序列(Shih et al.2013)。

得益于分子生物學、生物信息學和代謝工程技術等的迅猛發展，目前已經在藍細菌中鑒定出兩條脂肪烴合成途徑。其一存在于多數藍細菌中，主要由脂酰酰基載體蛋白還原酶(Fatty acyl-acyl carrier protein reductase,AAR)和脂肪醛脫甲酰基加氧酶(Fatty aldehyde deformylating oxygenase,ADO)催化完成，其產物主要為直鏈烷烴、側鏈烷烴和烯烴(不飽和鍵位于碳鏈內部)(Schirmer et al.2010)。另一途徑存在于少數藍細菌中，主要由末端烯烴合成酶(terminal olefin synthase,OLS)催化完成，其產物為末端烯烴(不飽和鍵位于碳鏈末尾)(Mendez-Perez et al.2011)。

基于上述脂肪烴合成途徑的鑒定，目前已通過基因工程改造和代謝工程優化提高了重組藍細菌的脂肪烴產量。以集胞藻PCC 6803為例，研究結果證實，重組菌株的產量已可達野生株的9倍以上(Wang et al.2013)。但目前基因工程藍細菌合成脂肪烴的水平還遠未達到工業應用的水平，產烴藍細菌種質資源和基因資源的挖掘是進一步提高藍細菌脂肪烴合成效率與豐富產烴多樣性的重要因素之一。

發明內容

本發明目的在于提供一種藍細菌脂肪烴合成關鍵基因。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：