...生物資源團隊藉助宏基因組技術發現大量新穎編碼果膠酶基因

2021-01-10 西北農林科技大學新聞網

　　近日，工程技術TOP期刊Biotechnology for Biofuels [IF 5年=6.732，中科院一區，TOP期刊，生物能源領域頂級期刊]在線發表了我校食品學院生物資源團隊的論文 「Metagenomic mining pectinolytic microbes and enzymes from an apple pomace-adapted compost microbial community」。博士研究生周曼為該論文第一作者，呂欣教授為通訊作者。該研究通過宏基因組和富集培養技術，從蘋果渣和牛糞富集獲得的可降解果膠的微生物群落中發現了許多以前未被發現的可降解果膠的細菌，以及1756條編碼果膠酶的基因序列，這將為開發具有優異性質的果膠酶提供寶貴的資源，也為利用農業廢棄物等木質纖維素生物質生產生物質能提供了新的思路。

　　隨著世界對能源的高度需求和嚴峻的氣候問題，生物質能因其具有原料豐富、可持續、環境友好等優點逐漸成為國際能源轉型的重要力量。在利用木質纖維素生產生物質能時，果膠的作用往往被人們所忽視。果膠是植物細胞壁的一個主要成分，在植物細胞中發揮著類似「膠水」的作用，它將纖維素和半纖維素粘結在一起，形成了非常複雜的網絡結構。但正是複雜的結構，阻礙了酶與木質纖維素生物質的接觸，增加了酶解的抗性，降低了酶解轉化木質纖維素產生物質能的效率。宏基因組技術可通過直接測定環境微生物群落中所有物種基因組的總和，進而對該環境樣品中微生物群落進行表徵，是一種新興的研究微生物的方法。但是由於微生物群落比較複雜，同時為了提高環境樣品的特殊性，通常會耦合富集培養技術來簡化環境樣品的複雜性，提高宏基因組測序的準確性和精度。

　　本研究首先將食品廢棄物蘋果渣與牛糞通過進行混合，利用富集培養技術獲得具有高度降解果膠能力的微生物群落。在30天的富集過程中，採用16S rDNA高通量測序和多種理化指標對富集微生物群落的微生物群落結構變化及理化性質進行實時監測，最終獲得已成功富集地具有高度降解果膠能力的微生物群落。隨後利用宏基因組技術對已獲得的富集群落進行Illumina高通量鳥槍測序，共獲得了約89,623,103條基因序列。最後根據碳水化合物活性酶資料庫（Carbohydrate-Active enZYmes，http://www.cazy.org/）並結合多種生物信息分析手段（如DIAMOND, MEGAN, MetaPhlAn2等）對所獲得的序列進行微生物種類歸屬和注釋。

　　 結果表明經過30天的富集培養，定向地獲得了具有高度可降解果膠的微生物群落，通過宏基因組測序和多種生物信息發現了許多以前未被發現的可降解果膠的細菌，以及1756條編碼果膠酶的基因序列，其中有129條基因序列與現有資料庫收錄的蛋白質的相似度低於30%，說明這129條基因序列具有高度的新穎性。

　　該研究得到農業部公益性行業科研專項的資助。

　　文章連結：https://link.springer.com/article/10.1186/s13068-017-0885-y

編輯：付文婷

終審：薛建鵬

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