非粮生物质炼制技术 木质纤维素生物降解机理及其酶系合成调控PDF电子书下载

1 导论：人类社会的可持续发展与木质纤维素降解酶系的改造 1

1.1 发展生物质经济，应对人类社会可持续发展面临的严峻挑战 1

1.1.1 以石油为代表的化石能源的供应不可持续，急需开发绿色替代能源 1

1.1.2 减少温室气体排放、控制气候变暖，实现绿色低碳经济转型 3

1.1.3 生物能源与生物炼制产业——经济发展的新增长点 4

1.2 木质纤维素生物炼制产业发展面临的机遇和挑战 5

1.2.1 纤维素乙醇技术已开始进入产业化阶段 5

1.2.2 木质纤维素生物炼制产业发展仍面临巨大挑战 8

1.3 木质纤维素资源高效生物降解转化中的关键科学问题 11

1.3.1 木质纤维素类生物质的抗降解屏障 12

1.3.2 微生物木质纤维素降解酶系组成的复杂性和多样性 15

1.3.3 微生物木质纤维素降解酶系合成的调节与控制 31

1.3.4 木质纤维素降解真菌的组学研究 38

1.4 纤维降解酶的分子改造与高效降解酶系的构建 40

1.4.1 纤维素酶家族及其催化结构域分子改造 40

1.4.2 纤维降解酶系组成的改造 45

1.4.3 人工构建高效纤维素降解复合酶体系 46

参考文献 46

2 厌氧细菌纤维素降解多酶复合体的解析及重构 53

2.1 高温厌氧纤维素降解细菌及其降解酶系统 53

2.1.1 高温厌氧纤维素降解细菌的多样性 53

2.1.2 高温厌氧细菌纤维素降解酶系的多样性 54

2.1.3 多模块糖苷水解酶热适应性机制 56

2.1.4 糖苷水解酶底物选择性机制 58

2.2 纤维小体的表达调控 59

2.2.1 纤维小体基因在基因组中的分布规律 59

2.2.2 热纤梭菌纤维素降解相关酶系的表达调控 61

2.2.3 解纤维梭菌纤维素降解相关酶系的表达调控 62

2.2.4 纤维小体cip-cel基因簇的进化规律 63

2.3 纤维小体的解析、体外重构和性能改良 65

2.3.1 纤维小体模块单元的结构特征 65

2.3.2 人工纤维小体构建及体外功能分析 69

2.3.3 产纤维小体梭菌的基因工程改造 71

2.3.4 纤维小体的体内功能分析及改良 74

2.4 纤维小体及产纤维小体梭菌在生物燃气中的应用 76

2.4.1 生物燃气的重要性 76

2.4.2 秸秆高效转化生物燃气的意义与瓶颈 77

2.4.3 纤维素降解菌强化同步糖化产气研究现状 77

2.4.4 产氢微生物群落结构解析 79

2.4.5 秸秆高效转化生物氢烷工艺探索与中试实践 81

2.5 展望 84

参考文献 85

3 好氧细菌降解纤维素的机制 95

3.1 褐色热裂孢菌的纤维素降解酶体系 95

3.2 哈氏噬纤维菌与纤维素降解 97

3.2.1 哈氏噬纤维菌纤维素酶的性质 98

3.2.2 哈氏噬纤维菌的糖转运相关蛋白 99

3.3 滑动细菌的运动及分泌相关蛋白 100

3.4 预测的第三种纤维素降解机制模型 104

参考文献 104

4 天然木质纤维素生物复合降解系统解析 108

4.1 白蚁木质纤维素降解系统 108

4.1.1 白蚁及其肠道消化系统 108

4.1.2 低等白蚁的木质纤维素降解系统 111

4.1.3 高等白蚁的木质纤维素降解系统 112

4.2 瘤胃纤维素降解微生物的元基因组学和元转录组学研究 114

4.2.1 瘤胃木质纤维素降解过程及其降解菌 115

4.2.2 瘤胃木质纤维素降解的元基因组学研究 116

4.2.3 瘤胃木质纤维素降解的元转录组学研究 120

4.3 堆肥微生物区系的动态变化和元蛋白组分析 121

4.3.1 堆肥微生物区系 122

4.3.2 堆肥微生物区系的动态变化 123

4.3.3 堆肥群落的功能分析 126

4.4 苎麻池元基因组文库构建和功能基因筛选 126

4.4.1 碱性苎麻池微生物多样性分析 127

4.4.2 碱性苎麻池Fosmid文库的构建 127

4.4.3 Fosmid文库中生物质降解酶的筛选 127

4.5 沼气污泥元基因组文库构建和功能基因筛选 129

4.5.1 厌氧沼气发酵系统 129

4.5.2 沼气厌氧发酵系统的群落结构解析 130

4.5.3 沼气污泥的元基因组分析 131

4.5.4 沼液元基因组Fosmid文库的构建和功能筛选 133

4.5.5 木质纤维素酶基因的获取、表达和功能分析 134

参考文献 137

5 里氏木霉纤维素降解酶系的合成调控与分子改造 143

5.1 诱导里氏木霉纤维素酶表达的外界因子及其作用方式 143

5.2 里氏木霉β-葡萄糖苷酶的种类及其功能研究 144

5.2.1 里氏木霉β-葡萄糖苷酶的种类 144

5.2.2 里氏木霉β-葡萄糖苷酶在纤维素酶诱导表达过程中的作用 145

5.3 与里氏木霉纤维素酶表达相关的转录因子 147

5.3.1 ACEⅡ 148

5.3.2 Xyr1 148

5.3.3 Cre1 149

5.3.4 ACE Ⅰ 150

5.3.5 Hap2 151

5.4 调控水解酶表达的信号途径（信息高速公路） 152

5.4.1 环腺苷酸cAMP信号转导途径 152

5.4.2 G蛋白信号转导途径 152

5.4.3 MAPK信号转导途径 153

5.4.4 钙离子信号转导途径 153

5.5 里氏木霉糖转运蛋白在纤维素酶诱导合成中的作用 154

5.6 从“组学”的角度解析影响里氏木霉纤维素酶产量的关键因素 157

5.7 里氏木霉纤维素酶生物合成研究的新视点：表观遗传修饰 159

参考文献 160

6 青霉木质纤维素降解酶系及其合成调控 165

6.1 草酸青霉的菌株选育和产酶特征 165

6.1.1 草酸青霉的菌株选育 166

6.1.2 草酸青霉主要纤维降解酶的结构和性质 168

6.1.3 纤维素酶的翻译后修饰及其作用 176

6.1.4 草酸青霉木质纤维素降解酶系合成的调控 178

6.2 草酸青霉基因组学、转录组学和蛋白分泌组学研究 182

6.2.1 草酸青霉的基因组和蛋白质组 182

6.2.2 野生株与高产纤维素酶突变株的比较基因组学研究 191

6.2.3 草酸青霉转录组学和分泌组学分析 195

6.3 草酸青霉纤维素酶合成调控中诱导信号的产生和传递 200

6.3.1 草酸青霉纤维寡糖转运蛋白参与诱导物的转运 201

6.3.2 草酸青霉的β-葡萄糖苷酶及其在纤维素酶系中的作用 205

6.3.3 胞内β-葡萄糖苷酶参与纤维素酶系的诱导合成 209

6.4 纤维素降解酶系表达调控网络中的信号传递 212

6.4.1 G蛋白信号通路与纤维素酶合成调控的关系 212

6.4.2 酪蛋白激酶2对纤维素酶和淀粉酶合成的正向调控作用 214

6.5 草酸青霉纤维降解酶系合成调控涉及的转录因子 215

6.5.1 草酸青霉转录因子基因缺失突变体库的构建和筛选 216

6.5.2 CreA对纤维素酶表达的调控 219

6.5.3 ClrB对纤维素酶表达的调控 220

6.5.4 XlnR对纤维素酶表达的调控 223

6.5.5 转录因子对β-葡萄糖苷酶基因表达的调控 223

6.6 草酸青霉纤维降解酶系合成调控网络的解析与重构 225

6.6.1 CreA和ClrB调控纤维素酶基因表达的协同配合 226

6.6.2 纤维素酶与淀粉酶表达的耦联调控 230

6.6.3 转录因子调控纤维素酶基因表达的剂量效应 234

6.6.4 胞内Bgl2与转录因子在表达调控中的累加效应 236

6.6.5 调控网络改造对木质纤维素降解酶系组成的影响 242

参考文献 245

7 真菌纤维降解酶系合成、分泌及动态酶谱分析 251

7.1 粗糙脉胞菌纤维素降解酶系的合成与分泌机理 251

7.1.1 木质纤维素酶系的诱导 251

7.1.2 纤维素酶系表达的转录调控 256

7.1.3 内质网应激和纤维素酶合成分泌分子机理研究 258

7.2 丝状真菌酶谱时序分析及胞外蛋白质组比较研究 263

7.2.1 糖苷水解酶动态酶谱方法的建立 264

7.2.2 黑曲霉、里氏木霉及草酸青霉酶谱时序分析 265

7.2.3 三类真菌胞外分泌蛋白质组学的差异比较 267

参考文献 270

8 木质纤维素降解酶系的改造和高效酶系重构 275

8.1 底盘生物遗传操作系统的构建和改造 275

8.1.1 底盘生物遗传操作方法 275

8.1.2 底盘生物遗传转化系统的选择标记 278

8.1.3 底盘生物遗传操作的改造优化 279

8.2 酶合成调控元件——调控因子和启动子改造 282

8.2.1 正调控转录因子 282

8.2.2 负调控转录因子 283

8.2.3 利用酶合成调控元件进行启动子改造 284

8.3 转译后修饰对酶活性和分泌的影响 286

8.3.1 N-糖基化修饰途径 286

8.3.2 N-糖基化修饰对酶活和分泌的影响 287

8.3.3 O-糖基化修饰途径 288

8.4 复合酶系的复配及其在细胞工厂中的合成 292

8.4.1 木质纤维素的组成和结构 292

8.4.2 木质纤维素降解需要多种酶的共同作用 292

8.4.3 天然木质纤维素酶系的局限性和解决办法 296

8.4.4 真菌中高效表达异源纤维素酶的问题和策略 299

参考文献 299