基因测序与基因组学在生物质转化方面的应用

billkof

利用先进的低成本、高通量基因组测序技术能够更好地研究自然界的生物质转化过程。丝状真菌（Filamentousfungi）是一类重要的生物过程微生物，能够生产多种有价值的产品，能够在较低pH值和较高产品滴度下生长，而利用的是六碳糖和五碳糖。该过程的关键问题是提高其中高值产品的产量，同时降低生物质的损耗、减少副产物的生成，这可以借助功能基因组学和新陈代谢模型来解决。基因组学能够协助和加速研究工作，因此大量有关丝状真菌基因组学研究的项目正在进行。利用基因组学数据，研究人员可以快速判断出哪些代谢途径与酶属于天然的生物体，并对酶的活性进行假设。不过，利用基因组学数据不能得出适宜的生长条件和动力学常数。因此，功能基因组学、模型研究和假设驱动研究都是必要的几种研究。  

Clostridiumbeijerinickii菌株可以高效生产生物丁醇，其基因组测序已经完成，并与其他梭菌的基因组数据进行了比对。利用微阵列技术分析C.beijerinickii的基因，发现与C.acetobutylicum的基因最为接近，只是C.beijerinickii没有天然纤维小体基因。后基因组分析包括针对从酸化到溶剂化的基因表达整体变化的转录检查，以及针对丁醇高产菌株和普通菌种的对比研究。研究发现，与野生菌种相比，丁醇高产变异菌株的溶剂化基因活性更强，而芽孢形成基因活性更弱，这表明芽孢形成缺陷与溶剂生产的增强有一定关联。底物研究结果证实，尽管C.beijerinickii优先利用葡萄糖，但它也能够利用五碳糖与六碳糖混合物。这种微生物能够在热水和氨水存在的情况下，用于谷物纤维的水解汽爆反应，并且能够足够地生长并得到足量的溶剂产品。

白蚁的肠道系统是降解木质纤维素材料的高效生物反应装置。白蚁家族分为较低白蚁和较高白蚁两类，其区别在于较高白蚁的肠道系统中缺乏原生虫群落。这两种类型的白蚁都能消化木质材料，但是由于较高白蚁体内的共生的原生虫无法起到这种作用，因此较高白蚁的尾肠被选来研究细菌纤维素酶的活性。本研究选取了哥斯达黎加的鼻白蚁（Nasutitermessp.），并选择了其肠道系统的P3区域进行分析。由于培养其中99%以上的微生物群体十分困难，因此进行了宏基因组学研究。宏基因组学研究对整个群体进行基因组测序，而不是像基因组学研究那样只对某菌种进行基因测序。实验复制了不同的微生物群落的宏基因序列数据，发现其中处于主导地位的是螺旋体细菌SpiRochetes，但也有纤维杆菌Fibrobacteres，同时发现了超过600个糖基水解酶区域。自由氢气是一个关键的中间产物，但氢化酶虽表现出敏感性却未必起催化作用；同时，研究中只发现了一种甲酸脱氢酶。