[发明专利]一种蓝细菌脂肪烃合成关键基因及其应用

说明书

本发明公开了一种源于蓝细菌的脂肪烃合成关键基因及其应用。所述脂肪烃合成基因包括脂酰ACP还原酶(Fatty acyl‑acyl carrier protein reductase,AAR)和脂肪醛脱甲酰基加氧酶(Fatty aldehyde deformylating oxygenase,ADO)的编码基因。本发明还涉及构建体，所述构建体包含有活性的启动子和受该启动子控制的脂肪烃合成关键基因。将所述构建体转化大肠杆菌，可使基因工程大肠杆菌获得脂肪烃合成能力。将至少一种构建体转化蓝细菌，可显著提高基因工程蓝细菌的脂肪烃产量。本发明公开的蓝细菌产烃关键基因将为微生物直接合成脂肪烃类新型生物燃料提供新的候选基因资源。

技术领域

本发明涉及能源微生物种质资源与基因资源领域，具体而言是一种蓝细菌脂肪烃合成关键基因。

背景技术

能源是现代工业的支柱，以化石燃料为代表的传统能源的日益短缺是制约我国经济可持续发展的瓶颈，可再生的生物燃料的应用成为缓解能源危机并改善生态环境的最佳选择之一。在交通运输业中广泛使用的汽油、柴油和航空煤油等化石燃料的主要成分是特定链长范围的脂肪烃，脂肪烃具有高能量密度、低吸湿性、低挥发性、与现有发动机相兼容等优点，是传统石化液体燃料的最佳替代品(Keasling and Chou 2008)。

石油、古代沉积物以及陨石中包含了大量可能为生物来源的物质，其中脂肪烃也是最受关注的成员之一。科学家曾针对传统化石能源的起源提出了腐朽的藻类细胞是其组成成分的理论(Han and Calvin 1969)。而自上世纪六十年代末期开始的关于蓝细菌中脂肪烃的研究主要是围绕分析和鉴定不同蓝细菌(或者其他真核藻类)的脂肪烃组成和含量展开的。目前已报道的野生蓝细菌中脂肪烃含量最低占细胞干重的0.01％(Winters etal.1969)，最高可达0.26％(Coates et al.2014)。研究发现其链长主要集中于C15至C20之间，且以C17为主(Han et al.1968)。

作为新一代能源微生物系统，蓝细菌具有以下优势：(1)与合成生物燃料的异养微生物反应器大肠杆菌、酿酒酵母等不同，蓝细菌能够利用太阳能并可以二氧化碳作为碳源生长，具备种类丰富、培养成本低、生命力强、生长速率快等优点。(2)从基因工程角度考虑，与同样可利用太阳能和二氧化碳的真核微藻、高等植物不同，蓝细菌作为合成脂肪烃的宿主，其基因操作更为简易，可进行大规模的遗传改造。(3)蓝细菌具有相对清晰的遗传背景。目前已公布了130余株蓝细菌的全基因组序列(Shih et al.2013)。

得益于分子生物学、生物信息学和代谢工程技术等的迅猛发展，目前已经在蓝细菌中鉴定出两条脂肪烃合成途径。其一存在于多数蓝细菌中，主要由脂酰酰基载体蛋白还原酶(Fatty acyl-acyl carrier protein reductase,AAR)和脂肪醛脱甲酰基加氧酶(Fatty aldehyde deformylating oxygenase,ADO)催化完成，其产物主要为直链烷烃、侧链烷烃和烯烃(不饱和键位于碳链内部)(Schirmer et al.2010)。另一途径存在于少数蓝细菌中，主要由末端烯烃合成酶(terminal olefin synthase,OLS)催化完成，其产物为末端烯烃(不饱和键位于碳链末尾)(Mendez-Perez et al.2011)。

基于上述脂肪烃合成途径的鉴定，目前已通过基因工程改造和代谢工程优化提高了重组蓝细菌的脂肪烃产量。以集胞藻PCC 6803为例，研究结果证实，重组菌株的产量已可达野生株的9倍以上(Wang et al.2013)。但目前基因工程蓝细菌合成脂肪烃的水平还远未达到工业应用的水平，产烃蓝细菌种质资源和基因资源的挖掘是进一步提高蓝细菌脂肪烃合成效率与丰富产烃多样性的重要因素之一。

发明内容

本发明目的在于提供一种蓝细菌脂肪烃合成关键基因。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：