经遗传改造微生物制造技术

本发明专利技术涉及被修饰以提高纤维素产生的经遗传改造微生物，例如细菌，以及产生所述经遗传改造微生物的方法。本发明专利技术还涉及这些经遗传改造微生物在农业中的用途。改造微生物在农业中的用途。改造微生物在农业中的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】经遗传改造微生物


[0001]本专利技术涉及被修饰以提高纤维素产生的经遗传改造微生物，例如细菌，以及产生所述经遗传改造微生物的方法。

技术介绍

[0002]干旱和极热对于全球农业生产是最大的气候相关威胁。气候恶化意味着更极端、不可预测的天气事件，其范围可从急剧的大量降雨至长时间的干旱。这些事件对作物产量有直接影响。当降雨发生时，土壤的吸收能力最大，并且作物的摄取保留能力最大。在剧烈的天气事件中可能是大量的所剩余的水未被利用并且通常从土地上流失，这导致局部洪水(flooding)。水短缺是重大的全球性问题。全球70％的耗水量来自农业需求，并且预期其到2050年提高19％。耗水量对于全球作物生产是主要障碍。在干旱盛行的环境中，存在作物产量低。通过提高作物对环境干旱的耐受性，可提高全球作物供应的可持续性。由于较热气候下的降雨更散发，农民被迫不断灌溉他们的土地。这需要极大量的水，这些水最终不会被植物利用并且将蒸发。作物在易干旱气候下所遭受的非生物胁迫导致产量降低和水管理效率低。随着人口增长和气候条件不断恶化，提出了许多缓解水需求的策略，然而到目前为止，尚未使用生物活性保水解决方案来进行作物水管理。先前的策略集中在直接对作物进行遗传修饰以使作物更具抗性，或通过在土壤中添加添加剂。然而，这些方法均未为全球作物生产中的水短缺问题提供有效的解决方案。作物的可持续性对于人口增长和数十亿人的食物来源至关重要。作物不仅为人群体提供食物，其还作为食物供应支持畜牧业。因此，现在比以往任何时候都更需要巨大的变化以支持发展的世界，但这种解决方案必须是环境友好且高效的。
[0003]纤维素
[0004]纤维素是由数百至数干个β(1
→
4)连接的D
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葡萄糖单元的直链组成的多糖。纤维素是绿色植物、多种形式的藻类和卵菌的初生细胞壁(primary cell wall)的重要结构组分。另外，一些细菌种类，主要是醋杆菌(Acetobacter)属、胃八叠球菌(Sarcina ventriculi)属和农杆菌(Agrobacterium)属，分泌纤维素以坚固生物膜。细菌纤维素目前被生产用于多种商业应用，包括纺织品、化妆品和食品，以及医学应用。本领域中已描述了细菌纤维素在细菌中的表达。例如，中国专利申请CN108060112描述了产生细菌纤维素的菌株，特别地，BcsB亚基在木醋杆菌(Acetobacter xylinum)中过表达。另外，Buldum et al.(2018)描述了在经遗传修饰的大肠杆菌(Escherichia coli)中进行细菌纤维素的重组生物合成。同时，Florea et al.(2016)描述了使用遗传工具包(toolkit)对Komagataeibacter rhaeticus中细菌纤维素的产生进行工程控制。
[0005]碳捕获
[0006]农业土地上的碳吸集(sequestration)是减少来自农业的碳排放和缓解气候变化的一种方式。二氧化碳的大气浓度可通过减少排放或通过将二氧化碳从大气中带出并将其储存在土壤中来降低。草原和林地向农田(和牧场)的长期转换导致全世界土壤碳的历史性
损失，但存在通过恢复退化土壤和广泛采用土壤保持实践来提高土壤碳的重大潜力。化肥的使用也加剧了土壤品质的下降。
[0007]历史上，土地使用转换和土壤耕作一直是大气中温室气体(greenhouse gas，GHG)的主要来源。据估计，它们仍占GHG排放的约三分之一。然而，改善的农业实践可通过降低来自农业和其他来源的排放以及通过在土壤中储存碳来帮助缓解气候变化。
[0008]在过去的数个世纪，并且特别是在过去的数十年期间，农业的发展已造成大量土壤碳储量的耗竭。农业土壤是地球上最大的碳储库之一，并且具有扩大碳吸集(carbon sequestration，CS)的潜力，并因此为缓解CO2大气浓度的提高提供了有前景的方法。一般认为，在土壤中吸集碳的技术潜力是显著的，并且对这种潜力的大小的一些看法一致。全世界的农田可吸集0.90至1.85Pg C/yr，即“4p1000 Initiative：Soils for Food Security and Climate”目标的26至53％。
[0009]同时，该过程为土壤、作物和环境品质、防止侵蚀和荒漠化以及增强生物多样性提供了其他重要益处。土地退化不仅降低作物产量，而且通常降低农业生态系统(agro
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ecosystem)的碳含量，并且可降低生物多样性。
[0010]由于大气中GHG的量迅速提高，地球气候正在经历前所未有的变化。需要设计多种策略来抵消当前释放到大气中的GHG。在大气中的所有GHG中，CO2在全球变暖中具有突出的份额。土壤碳吸集是抵消大气中提高量的CO2的有前景的方法。部分退化的土壤和农业土壤二者均具有相当大的潜力使大气中升高的CO2水平最小化。在全球范围内，土壤可保留的碳是大气中存在的碳或植被中捕获的碳的两倍更多。温度、土壤水分和升高的CO2水平是影响土壤碳吸集的主要气候因素。土壤碳吸集也受到多种土壤因素，即土壤质地、土壤结构、土壤孔隙度、土壤压实、土壤矿物学和土壤微生物群落组成等的强烈影响。另外，农业实践如土地使用变化、植物残留物管理、农业化学物质等直接(例如通过改变添加到土壤中的碳的量)或间接(例如通过影响土壤聚集并从而加速微生物分解过程)影响土壤有机碳(soil organic carbon，SOC)储量。除了抵消快速提高的大气GHG之外，土壤碳吸集还可潜在地改善土壤品质并促进食品安全。其可在可持续农业中发挥关键作用，因为其是高度可持续且环境友好的方法。其可通过改善土壤健康参数(即土壤的保水能力)来增强土壤品质，随后在可持续的基础上改善作物的产生。
[0011]根据上述考虑设计了本专利技术。

技术实现思路

[0012]本专利技术基于微生物例如根相关细菌(root
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associated bacteria)中负责纤维素合成和分泌的蛋白质组分的过表达以实现植物根周围保水性的提高。这种植物根周围保水性的提高被认为降低了所需的水灌溉量，并且因此提高了作物对环境干旱的耐受性。
[0013]因此，本专利技术最广泛地提供了经遗传改造微生物，其被修饰以相对于参照微生物过表达至少一种参与纤维素合成和/或分泌的蛋白质，任选地其中所述纤维素是细菌纤维素。优选地，微生物(和参照微生物)是细菌，例如根相关细菌。
[0014]在本专利技术的一个方面中，提供了用于产生纤维素的经遗传改造微生物，其中所述微生物被遗传修饰以过表达至少一种参与纤维素合成和/或分泌的蛋白质，其中所述微生物是用包含bcsA基因、bcsB基因、bcsC基因、bcsD基因和ccpAx基因的外源基因进行修饰的。
在一些实施方案中，微生物是还用外源cmcAx基因和/或外源bglAx基因进行修饰的。在一些实施方案中，微生物是用包含bcsA基因、bcsB基因、bcsC基因、bcsD基因和至少ccpAx基因的外源核酸进行修饰的。在一些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于产生纤维素的经遗传改造微生物，其中所述微生物被遗传修饰以过表达至少一种参与纤维素合成和/或分泌的蛋白质，其中所述微生物是用包含bcsA基因、bcsB基因、bcsC基因、bcsD基因和ccpAx基因的外源基因进行修饰的。2.权利要求1所述的经遗传改造微生物，其中所述微生物是还用外源cmcAx基因和/或外源bglAx基因进行修饰的。3.权利要求1所述的经遗传改造微生物，其中所述微生物是用包含bcsA基因、bcsB基因、bcsC基因、bcsD基因和至少ccpAx基因的外源核酸进行修饰的。4.根据前述权利要求中任一项所述的经遗传改造微生物，其中所述基因是异源的。5.根据前述权利要求中任一项所述的经遗传改造微生物，其中所述基因各自分离自木驹形氏杆菌(K.xylinus)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的经遗传改造微生物，其中所述经遗传改造微生物是根相关细菌。7.根据权利要求1至5中任一项所述的经遗传改造微生物，其中所述经遗传改造微生物是促进植物生长的根际细菌。8.根据权利要求6或7所述的经遗传改造微生物，其中所述微生物是假单胞菌属(Pseudomonas)细菌。9.根据权利要求1至8中任一项所述的经遗传改造微生物，其中所述基因的表达由细胞密度群体感应系统调节。10.在微生物中与参照微生物相比提高纤维素产生的方法，其中所述方法包括修饰所述微生物以过表达至少一种参与纤维素合成和/或分泌的蛋白质的步骤，其中所述微生物是用包含bcsA基因、bcsB基因、bcsC基因、bcsD基因和ccpAx基因的外源基因进行修饰的。11.根据权利要求10所述的提高纤维素产生的方法，其中所述微生物是还用外源cmcAx基因和/或外源bglAx基因进行修饰的。12.根据权利要求10或11所述的提高纤维素产生的方法，其中所述微生物是根相关细菌。13.根据权利要求10或11所述的提高纤维素产生的方法，其中所述微生物是促进植物生长的根际细菌。14.载体，其包含含有以下的外源核酸：bcs操纵子，以及cmcAx基因、ccpAx基因、bglAx基因、pgm基因、galU基因、cdg操纵子和dgc基因中的至少一种，任选地其中所述bcs操纵子包含bcsA基因、bcsB基因、bcsC基因和bcsD基因...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗斯，
申请(专利权)人：克罗生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：