Zalaria obscura Y1223水解酶的鉴定及其在木质纤维素转化中的应用研究

本研究针对木质纤维素生物质(LCB)转化成本高的难题，筛选了828株非酿酒酵母和黑色酵母菌株，首次鉴定出Zalaria obscura Y1223菌株具有显著的纤维素酶(EG)和木聚糖酶(EX)活性。研究发现该菌株在含燕麦麸的YP培养基中纤维素酶活性达7.51 U/L/OD600，在含低聚木糖(XOS)的合成培养基中木聚糖酶活性高达20.5 U/L/OD600，为开发新型生物燃料生产菌株提供了重要酶资源。

　　

随着化石燃料的过度消耗和环境问题的日益严峻，开发第二代生物燃料已成为全球研究热点。木质纤维素生物质(LCB)作为最丰富的可再生碳源，其转化利用面临重大挑战——纤维素晶体结构的高成本解聚过程严重制约了纤维素乙醇的产业化进程。当前研究主要集中在两个方面：一是寻找新型木质纤维素水解酶，二是通过基因工程将酶生产整合到酒精生产微生物中。然而，现有工程菌株普遍存在异源酶表达量低、转化效率不理想等问题。

在这一背景下，南非农业研究委员会(ARC)果树与葡萄栽培研究所和西开普大学的研究团队开展了一项开创性研究。他们对828株非酿酒酵母和黑色酵母进行了系统性筛选，首次发现并鉴定了Zalaria obscura Y1223这一特殊菌株的木质纤维素水解能力。这项发表在《AMB Express》的研究为开发新型生物燃料生产菌株提供了重要线索。

研究人员采用的主要技术方法包括：1) 基于CMC、木聚糖和七叶苷的平板筛选法评估酶活性；2) 通过ITS和D1/D2区测序进行菌种鉴定；3) 采用DNS法和pNP底物法对纤维素酶(EG)、木聚糖酶(EX)、β-葡萄糖苷酶(BGL)和β-木糖苷酶(BXL)进行定量分析；4) 在不同碳源、氮源、pH和温度条件下优化酶表达。

筛选与鉴定
研究团队从南非各地采集的葡萄、苹果等农产品中分离出828株菌株，通过酶活性平板筛选获得60株具有至少一种酶活性的菌株。其中Y1223菌株表现最为突出，在CMC(酶指数EI=5.21)、木聚糖(EI=4.37)和七叶苷(EI=6.07)平板上均显示出显著水解活性。通过ITS和D1/D2区测序，确认该菌株为Zalaria obscura，这是首次报道该属菌株具有木质纤维素水解能力。

酶表达优化
研究发现燕麦麸是最佳碳源，可使EG活性达到903.23 AU，而麦芽最有利于EX表达(615.17 AU)。在氮源优化中，蛋白胨表现出最佳效果(EG:1085 AU，EX:491 AU)。Z. obscura Y1223在pH 5-6和30°C条件下酶产量最高，这与工业发酵条件高度兼容。

酶活性定量分析
在合成培养基中，XOS诱导的EX活性最高(20.5 U/L/OD₆₀₀)，而燕麦麸培养基的EG活性达7.51 U/L/OD₆₀₀。值得注意的是，BGL和BXL主要与细胞结合，但在燕麦麸培养基中也能分泌表达，最高BGL活性达2.161 U/L/OD₆₀₀。所有酶的最适作用条件均为pH 5和40-50°C。

这项研究首次全面表征了Z. obscura的木质纤维素水解酶系，虽然其酶产量不及某些丝状真菌，但其酶学特性与工业发酵条件高度匹配。研究结果为开发新型CBP(整合生物加工)菌株提供了宝贵的基因资源——来自近缘酵母的酶基因往往能在工程酿酒酵母中更高效表达。未来研究可聚焦于从Z. obscura Y1223中克隆相关酶基因，用于构建高性能的生物燃料生产菌株，推动第二代生物燃料的产业化进程。