福建师大团队利用ARTP诱变育种仪成功解锁里氏木霉糠醛耐受新机制
近日，福建师范大学秦丽娜教授团队在国际权威期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》发表了重磅研究成果，团队利用ARTP常压室温等离子体诱变技术，成功选育出具有高糠醛耐受性的里氏木霉突变株，找到了该菌株基因组上一个隐藏的“开关”基因——Tr80437。神奇之处在于，敲除这个基因，真菌除了能更加耐受工业生产中的毒害物糠醛，还能在这种压力下“狂产”纤维素酶，这为制造更强大的酶工厂提供了全新的基因靶点。
这一成果不仅展示了ARTP在真菌遗传改良中的强大能力，也再次验证了ARTP在合成生物学与生物制造领域的卓越性能。
研究背景：纤维素酶生产的“拦路虎”
里氏木霉是工业纤维素酶生产的主要真菌菌株，但其生长和产酶过程极易受到糠醛的抑制。糠醛是木质纤维素生物质预处理过程中产生的一种细胞毒性副产物，广泛存在于水解液中，严重制约了生物炼制的效率。虽然目前已有一些遗传策略试图增强菌株的耐受性，但往往伴随着代谢负担，且针对里氏木霉糠醛耐受性的研究仍然十分有限。
ARTP诱变：高效创制优异突变体
为了攻克这一难题，研究团队首先利用ARTP常压室温等离子体生物育种仪对野生型菌株CBS 999.97进行了诱变处理。在诱变过程中，团队通过精确控制处理时间，发现当处理时长为240秒时，菌株的致死率达到90.45%，这一数值处于平衡突变效率与存活率的最佳范围内。
图1 CBS 999.97在ARTP诱变处理不同暴露持续时间下的致死率
经过两轮梯度筛选（分别使用4 mM和8 mM糠醛作为筛选压力），研究团队成功获得了一株能在8 mM糠醛浓度下持续生长的突变菌株CBS 3-16-1。这一结果充分展示了ARTP诱变技术在创造优异遗传性状方面的高效性与便捷性。
图2 糠醛浓度增加条件下CBS 3-16-1与CBS 999.97的生长比较
表型鉴定：耐受性显著提升，生长性能无折损
获得突变株后，团队对其进行了全面的生理生化分析。结果显示，与野生型菌株相比，突变株CBS 3-16-1在较高浓度的糠醛环境下表现出更强的生存能力，而野生型菌株的生长则受到明显抑制。并且突变株在获得高耐受性的同时，未牺牲其生长与产酶性能。数据显示，突变株与野生型在菌丝干重、分生孢子萌发率以及胞外蛋白分泌量等关键指标上均无显著差异。此外，两者的滤纸酶活（FPA）也保持一致，说明突变所获得的耐受性并未对菌株的纤维素酶合成能力产生负面影响。
图3 CBS 3-16-1与CBS 999.97的表型和生理学比较
这一发现对于工业应用至关重要，它意味着利用ARTP诱变获得的优良性状可以稳定遗传，且不影响菌株的发酵生产能力。后续实验也证实，突变株在连续传代培养中表现出了良好的遗传稳定性。
产酶提升：耐受性与酶活“双丰收”
研究中对基因敲除菌株的产酶评估也极具工业应用价值。在含有糠醛的胁迫条件下，敲除Tr80437基因的菌株在培养第7天时，其分泌的胞外蛋白浓度约为对照菌株的2.4倍，滤纸酶活（FPA）更是达到了对照菌株的2.8倍。
图4 Tr80437基因缺失对4 mM糠醛胁迫下T. reesei蛋白分泌和纤维素酶产生的影响
结语
本研究不仅发现了一个具有重要应用价值的新基因Tr80437，更展示了ARTP常压室温等离子体诱变育种仪在丝状真菌遗传改良中的强大威力。作为一种操作简便、诱变效率高、无需有毒化学试剂的新型诱变工具，ARTP为微生物育种领域提供了强有力的技术推动。从性状创制到基因挖掘，ARTP助力科研人员高效完成研究闭环，再次彰显了其在合成生物学领域的广阔应用前景。
福建师大团队利用ARTP诱变育种仪成功解锁里氏木霉糠醛耐受新机制
近日，福建师范大学秦丽娜教授团队在国际权威期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》发表了重磅研究成果，团队利用ARTP常压室温等离子体诱变技术，成功选育出具有高糠醛耐受性的里氏木霉突变株，找到了该菌株基因组上一个隐藏的“开关”基因——Tr80437。神奇之处在于，敲除这个基因，真菌除了能更加耐受工业生产中的毒害物糠醛，还能在这种压力下“狂产”纤维素酶，这为制造更强大的酶工厂提供了全新的基因靶点。
这一成果不仅展示了ARTP在真菌遗传改良中的强大能力，也再次验证了ARTP在合成生物学与生物制造领域的卓越性能。
研究背景：纤维素酶生产的“拦路虎”
里氏木霉是工业纤维素酶生产的主要真菌菌株，但其生长和产酶过程极易受到糠醛的抑制。糠醛是木质纤维素生物质预处理过程中产生的一种细胞毒性副产物，广泛存在于水解液中，严重制约了生物炼制的效率。虽然目前已有一些遗传策略试图增强菌株的耐受性，但往往伴随着代谢负担，且针对里氏木霉糠醛耐受性的研究仍然十分有限。
ARTP诱变：高效创制优异突变体
为了攻克这一难题，研究团队首先利用ARTP常压室温等离子体生物育种仪对野生型菌株CBS 999.97进行了诱变处理。在诱变过程中，团队通过精确控制处理时间，发现当处理时长为240秒时，菌株的致死率达到90.45%，这一数值处于平衡突变效率与存活率的最佳范围内。
图1 CBS 999.97在ARTP诱变处理不同暴露持续时间下的致死率
经过两轮梯度筛选（分别使用4 mM和8 mM糠醛作为筛选压力），研究团队成功获得了一株能在8 mM糠醛浓度下持续生长的突变菌株CBS 3-16-1。这一结果充分展示了ARTP诱变技术在创造优异遗传性状方面的高效性与便捷性。
图2 糠醛浓度增加条件下CBS 3-16-1与CBS 999.97的生长比较
表型鉴定：耐受性显著提升，生长性能无折损
获得突变株后，团队对其进行了全面的生理生化分析。结果显示，与野生型菌株相比，突变株CBS 3-16-1在较高浓度的糠醛环境下表现出更强的生存能力，而野生型菌株的生长则受到明显抑制。并且突变株在获得高耐受性的同时，未牺牲其生长与产酶性能。数据显示，突变株与野生型在菌丝干重、分生孢子萌发率以及胞外蛋白分泌量等关键指标上均无显著差异。此外，两者的滤纸酶活（FPA）也保持一致，说明突变所获得的耐受性并未对菌株的纤维素酶合成能力产生负面影响。
图3 CBS 3-16-1与CBS 999.97的表型和生理学比较
这一发现对于工业应用至关重要，它意味着利用ARTP诱变获得的优良性状可以稳定遗传，且不影响菌株的发酵生产能力。后续实验也证实，突变株在连续传代培养中表现出了良好的遗传稳定性。
产酶提升：耐受性与酶活“双丰收”
研究中对基因敲除菌株的产酶评估也极具工业应用价值。在含有糠醛的胁迫条件下，敲除Tr80437基因的菌株在培养第7天时，其分泌的胞外蛋白浓度约为对照菌株的2.4倍，滤纸酶活（FPA）更是达到了对照菌株的2.8倍。
图4 Tr80437基因缺失对4 mM糠醛胁迫下T. reesei蛋白分泌和纤维素酶产生的影响
结语
本研究不仅发现了一个具有重要应用价值的新基因Tr80437，更展示了ARTP常压室温等离子体诱变育种仪在丝状真菌遗传改良中的强大威力。作为一种操作简便、诱变效率高、无需有毒化学试剂的新型诱变工具，ARTP为微生物育种领域提供了强有力的技术推动。从性状创制到基因挖掘，ARTP助力科研人员高效完成研究闭环，再次彰显了其在合成生物学领域的广阔应用前景。
