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为探究黑曲霉（Aspergillus niger）中木质纤维素降解酶合成的调控机制，研究人员针对胞内 β- 葡萄糖苷酶 BGL1B 展开研究。通过构建敲除菌株（Δbgl1B）和过表达菌株（OE::bgl1B），发现 BGL1B 具有双重调控作用，该研究为构建高产工程菌株提供了策略。
在生物能源和生物产品领域，木质纤维素作为丰富的生物质资源，其高效降解转化一直是研究热点。黑曲霉（Aspergillus niger）作为重要的工业菌株，能产生多种木质纤维素降解酶，在农作物秸秆等生物质利用中发挥关键作用。然而，黑曲霉合成木质纤维素降解酶的过程受到严格调控，当生长在易利用碳源（如葡萄糖、蔗糖）上时，相关酶基因会因碳分解代谢物阻遏（CCR）而被抑制；在纤维素类碳源（如小麦秸秆）上时则被诱导表达。此前，虽已发现多种调控因子参与这一过程，但仍存在许多未知。
β- 葡萄糖苷酶作为木质纤维素降解酶的关键组成部分，在其他真菌中已被证实参与酶合成的调控。例如，里氏木霉（Trichoderma reesei）中的 β- 葡萄糖苷酶 Cel1A 可通过转糖基化形成槐糖，诱导纤维素酶表达；而 β- 葡萄糖苷酶 BGL3I 则会降解槐糖，抑制纤维素酶表达。在产紫青霉（Penicillium purpurogenum）中，胞内 β- 葡萄糖苷酶形成的龙胆二糖可诱导纤维素降解酶产生。黑曲霉以分泌大量 β- 葡萄糖苷酶闻名，但新发现的胞内 β- 葡萄糖苷酶 BGL1B，因其独特的胞内定位和高转糖基化活性，引发了研究人员的好奇，他们推测 BGL1B 可能也参与黑曲霉木质纤维素降解酶合成的调控。
为了深入探究这一推测，河南农业大学生命科学学院的研究人员开展了相关研究。他们构建了黑曲霉胞内 β- 葡萄糖苷酶 BGL1B 基因敲除菌株（Δbgl1B）和过表达菌株（OE::bgl1B），系统研究 BGL1B 在木质纤维素降解酶合成中的调控功能。该研究成果发表在《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》上，为深入理解黑曲霉木质纤维素降解酶合成调控网络提供了新视角，也为构建高产木质纤维素降解酶的工程菌株提供了重要策略。
研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先是基因工程技术，通过同源重组构建敲除和过表达菌株，精准改变目标基因状态。其次是转录组和蛋白质组分析技术，分别对不同菌株在特定条件下的转录水平和分泌蛋白质进行检测，全面了解基因表达和蛋白质分泌情况。此外，酶活性测定技术用于检测木质纤维素降解酶的活性，直观反映菌株降解能力的变化。
1. BGL1B 基因敲除和过表达对黑曲霉生长的影响
研究人员通过同源重组成功获得 bgl1B 敲除菌株 Δbgl1B 和过表达菌株 OE-7、OE-10。经检测，Δbgl1B 在以小麦秸秆为碳源时，bgl1B 表达显著降低，证明敲除成功；OE-10 中 bgl1B 表达较野生型（WT）提升 795.5 倍，且其胞内蛋白出现约 55kDa 的额外条带，符合 BGL1B 理论分子量 54.3kDa，确定 OE-10 为过表达菌株 OE::bgl1B。对不同菌株生物量的检测发现，在蔗糖和微晶纤维素（Avicel）碳源上，Δbgl1B 和 OE::bgl1B 的菌丝干重均高于 WT，且敲除 bgl1B 对黑曲霉在 Avicel 碳源上生长的促进作用更明显。
2. BGL1B 基因敲除和过表达对黑曲霉木质纤维素降解酶活性的影响
研究人员将 WT、Δbgl1B 和 OE::bgl1B 在含蔗糖或 Avicel 的培养基中培养 72h 后，测定主要木质纤维素降解酶活性。结果显示，在蔗糖碳源上，三种菌株的酶活性无显著差异；在 Avicel 碳源上，Δbgl1B 的内切葡聚糖酶（EG）、木聚糖酶（Xyn）、纤维二糖水解酶（CBH）和 β- 葡萄糖苷酶（BGL）活性均显著高于 WT，OE::bgl1B 的酶活性也略高于 WT，表明敲除和过表达 bgl1B 均可增强黑曲霉利用 Avicel 的能力，且敲除效果更显著。
3. BGL1B 基因敲除和过表达菌株的转录组和蛋白质组分析
对在含 Avicel 培养基中培养的 WT、Δbgl1B 和 OE::bgl1B 进行转录组和分泌蛋白质组分析。转录组结果显示，Δbgl1B 有 6 个木质纤维素降解酶基因表达显著上调，OE::bgl1B 中这些基因表达也有所增加，但幅度小于 Δbgl1B。同时，Δbgl1B 中一些转录激活因子（如 XlnR、ClrA、AraR）上调，转录抑制因子 CreA 下调；OE::bgl1B 中 XlnR 和 ClrA 也上调。蛋白质组分析发现，Δbgl1B 和 OE::bgl1B 中检测到的木质纤维素降解酶的肽谱匹配（PSM）值均高于 WT，其中 β-1,4 - 内切木聚糖酶（Q9C1G6）在 Δbgl1B 和 OE::bgl1B 中的 PSM 值分别比 WT 高 25.3 倍和 7.5 倍，表明 BGL1B 对木质纤维素降解酶基因表达和蛋白质分泌有重要影响。
4. 槐糖和昆布二糖的诱导作用分析
为探究 BGL1B 转糖基化产物槐糖和昆布二糖对木质纤维素降解酶合成的影响，研究人员以 Δbgl1B 为实验菌株，在含不同糖类（蔗糖、槐糖、昆布二糖）的培养基中培养。结果显示，槐糖和昆布二糖组的 4 种木质纤维素降解酶活性均高于蔗糖组，尤其是 CBH 和 BGL 活性显著增加。转录组分析表明，槐糖组有 17 个、昆布二糖组有 14 个木质纤维素降解酶基因上调，且两组相关转录激活因子（XlnR、AraR）表达也上调。蛋白质组分析发现，槐糖组和昆布二糖组分别有 16 个和 19 个木质纤维素降解酶的 PSM 值增加，证明槐糖和昆布二糖可诱导黑曲霉合成木质纤维素降解酶。
5. BGL1B 在黑曲霉木质纤维素降解酶基因表达中的作用
综合上述实验结果，研究人员提出 BGL1B 在黑曲霉木质纤维素降解酶合成中具有双重调控作用。一方面，BGL1B 水解纤维糊精产生的葡萄糖通过转录抑制因子 CreA 抑制木质纤维素降解酶基因表达；另一方面，其转糖基化产生的槐糖和昆布二糖可作为诱导剂，通过未知途径激活转录因子（如 XlnR、ClrA），促进基因表达。最终酶的合成量取决于细胞生长条件，不同菌株中 BGL1B 的调控效果可能不同。
在讨论部分，研究人员指出，β- 葡萄糖苷酶在不同真菌中对木质纤维素降解酶合成的调控作用各异。黑曲霉中 BGL1B 的双重调控模式与里氏木霉不同，里氏木霉中不同类型的胞内 β- 葡萄糖苷酶分别承担诱导或抑制功能，而黑曲霉中 BGL1B 自身兼具两种功能，但目前尚不清楚何种条件会使水解或转糖基化占主导。从实际应用角度看，敲除 bgl1B 比过表达更能有效提高黑曲霉产木质纤维素降解酶的能力，为构建高产工程菌株提供了可行策略。
综上所述，该研究证实黑曲霉胞内 β- 葡萄糖苷酶 BGL1B 参与木质纤维素降解酶合成的调控，且具有双重调控作用。这一发现拓宽了对黑曲霉木质纤维素降解酶合成调控网络的认知，为后续通过基因工程手段构建高效降解木质纤维素的工程菌株奠定了理论基础，对生物能源和生物产品领域的发展具有重要意义。
