委内瑞拉链霉菌转运蛋白突变体发酵平台高效生产壳二糖及其农业生物刺激素应用

《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》：Scalable production of highly enriched chitobiose shows promise in agriculture, promoting plant growth and bolstering immunity

　　

摘要

壳二糖是一种由几丁质衍生而来的高价值二糖，在农业应用方面具有广阔的前景。然而，目前的生产方法依赖于危险的化学处理和昂贵的酶法处理，由此产生的高昂成本使其难以实现商业化应用。在本研究中，我们报告了一种简单且可扩展的发酵平台，该平台基于委内瑞拉链霉菌ΔdasBC转运蛋白突变体，能够将原料几丁质直接转化为壳二糖。通过调节生产参数以最大化产量，该工艺在无进行几丁质预处理或酶处理步骤的情况下，获得了约450 mg/L的壳二糖产量。液相色谱/质谱分析表明，所得产品高度富集壳二糖，且未检测到更长的N-乙酰氨基葡萄糖低聚物。为探索其潜在的农业应用，我们将未经纯化的发酵废液作为生物刺激素进行了测试。作为土壤添加剂，它使拟南芥莲座叶尺寸增大了最多22%，并诱导了根发育的有益变化；而叶片预处理则降低了灰葡萄孢的侵染症状，并增强了对真菌激发子的免疫相关反应。值得注意的是，在等质量浓度下，该免疫启动活性超过了市售几丁质低聚物混合物的效果，彰显了其高效性。综上所述，本研究建立了一种经济高效的微生物平台用于生产高纯度壳二糖，并证明了其作为促进植物生长和防御的生物产品的应用价值。该方法实现了将几丁质废物流可持续地增值利用为一种用于农业的明确、具有生物活性的分子。