[發明專利]一種高效合成分泌蔗糖工程菌的構建方法及作為蔗糖生產菌株的應用

有效

• 申請號: 202110296231.1
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113046383B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 呂雪峰;韓曉娟;王緯華
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C12N15/74
• 分類號: C12N15/74;C12N15/54;C12N1/21;C12P19/12;A23K10/18;A23K50/80;C12R1/01
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李箏

本發明具體涉及一種高效合成分泌蔗糖工程菌的構建方法及作為蔗糖生產菌株的在水產養殖中的應用。生物絮團是一種有利于可持續發展的水產餌料，但目前尚且需要人工補充碳源等技術缺陷。本發明基于海洋原核藻類聚球藻PCC7002成熟完備的遺傳操作系統，導入蔗糖合成和分泌基因，并敲除淀粉蔗糖酶基因，成功構建高產蔗糖藻株CyanoHXJ09。該藻株在38℃下培養胞外蔗糖可達2304mg/L，與在相同條件下培養的野生型藻株相比產量有顯著提高。通過優化基因位置，成功獲得穩定高產菌株CyanoHXJ14，該藻株8天可分泌胞外蔗糖達2818mg/L。高效合成糖類化合物的藍藻在生物絮團技術中有很好的應用前景，有望作為餌料微藻養殖新對象。

技術領域

本發明屬于基因工程菌構建技術領域，具體涉及一種高效合成分泌蔗糖工程菌的構建方法、所述構建方法得到的工程菌株，以及所述工程菌株作為蔗糖生產菌株的應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

當前，我國漁業產業面臨“養殖模式粗放且結構布局不合理、生境修復和資源養護工程化水平不高”等突出問題，嚴重制約了產業的健康發展，亟待實施科技創新和產業升級。養殖業中工廠化循環水養殖的一個重要技術是水處理，近幾年具有廣闊應用前景的生物絮團技術因能改善凈化水質，提高飼料利用率，有助于實現可持續發展目標，受到各界的關注。

生物絮團是藻類、異養菌、原生動物、未消化飼料等成分混合形成絮狀懸浮物。有研究表明，相對于傳統的水交換系統，應用生物絮團技術能夠使部分養殖系統的凈生產力提高8.43％；生物絮團在應用于南美白對蝦的養殖池后，平均日換水率從40％降到5％，減少60％以上的廢水排放量，餌料利用率提高了30％，也有研究表明生物絮團能夠與商業飼料水平相當，可以被一些水產養殖生物識別為食物顆粒。

有機碳源是生物絮團技術必備的生產要素之一，在綜合考慮成本、溶解性及利用率后，蔗糖通常被認為是最佳碳源：既可以迅速形成生物絮團，又能穩定存在。而現有階段技術形成的生物絮團中，有機碳源是人為添加，鄧吉鵬等提到蔗糖最適的添加量為日投飼量的75％。向生物絮團中人為添加蔗糖提高了原料成本，同時也增加了人力成本。而采用分泌蔗糖的藻類構建生物絮團則能夠顯著降低上述各種生產成本。

藍藻中有60多種菌株在鹽脅迫條件下能夠積累蔗糖，目前報道的可以積累蔗糖的菌株通常是來自淡水環境，耐鹽性相當低。例如有報道稱淡水聚球藻PCC7942在鹽脅迫條件下通過表達蔗糖轉運蛋白CscB，蔗糖產量能夠達到36.1mg L^-1h^-1(Ducat et al.,2012)，聚球藻UTEX 2973在鹽脅迫(150mM)條件下可產生8g/L蔗糖，最高產糖量為1.9g L^-1d^-1(po-cheng Lin et al.,2020)，集胞藻PCC 6803通過過表達sps和spp基因，400mM鹽濃度下可使細胞內蔗糖濃度達到140mg L^-1(Wei Du et al.,2013)。同時，相關報道發現，海水藻聚球藻PCC 7002經過遺傳改造后(敲除glgA-I glgA-II的雙突變株)，產蔗糖速率只能達到14mgL^-1h^-1(Xu et al.,2012)，遠遠不能滿足工業生產的需求。針對上述研究成果，發明人認為，目前生物絮團養殖實施過程中人工添加蔗糖的方式，增加了實際生產的成本和工作量。本領域目前尚缺乏一種能夠自主高效合成分泌蔗糖的菌株用于生物絮團的構建，降低生產成本和工作量，并且該菌株需要具備一定的耐鹽耐溫性能，有利于海水養殖生產模式的推廣。

發明內容