近日，我校生物工程学院陈坚院士团队刘松研究员课题组在黑曲霉蛋白表达调控及β-葡聚糖制备方面取得重要进展，研究成果“Enhanced expression of xylanase inAspergillus nigerenabling a two-step enzymatic pathway for extracting β-glucan from oat bran”正式发表于Bioresource Technology（IF=11.889）（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852423003887?via%3Dihub#f0035）。
β-葡聚糖是一种由β-D-葡萄糖单体通过糖苷键连接的长链多糖，大多存在于细菌、真菌、藻类和谷物的细胞壁中。因为具有良好的水溶性、高粘性和凝胶特性，β-葡聚糖常被用作防腐剂、抗真菌剂和抗氧化剂。此外，β-葡聚糖还能调节血糖和胆固醇水平，并在预防冠心病和结直肠癌方面发挥重要作用。目前常用β-葡聚糖提取的方法包括水提取、酸碱提取和酶法提取。水提取法获得的β-葡聚糖中杂质较多，而酸或碱会破坏β-葡聚糖的结构，并且造成环境污染。相反，酶法提取是利用半纤维素酶（木聚糖酶）、糖化酶、α-淀粉酶和蛋白酶共同作用来降解细胞壁中的杂质，提高β-葡聚糖的纯度。由于不同商业酶酶学性质的差别，提取过程需要不断调节pH和温度，从而导致酶法提取过程成本高、工艺复杂。
针对上述问题，本研究团队利用过量表达内源性木聚糖酶（xynA）和淀粉水解酶的黑曲霉（Aspergillus niger）AG11重组菌株，通过两步酶法从燕麦麸中提取β-葡聚糖。首先，在β-葡萄糖苷酶（bgl）基因座上，通过启动子和信号肽的共同优化以及糖化酶（glaA）片段的融合来提高xynA和淀粉水解酶的表达。随后，通过CRISPR-介导的同源定向修复（CRISPR/HDR）系统，将优化的表达框同时整合到bgl、α-淀粉酶（amyA）和酸性α-淀粉酶（amyA）基因座上，得到的重组菌Rbya的xynA和淀粉水解酶活性分别比野生型菌株增加3650倍和31.2%。最后，Rbya发酵72小时（富含xynA和淀粉水解酶）和10天（富含蛋白酶）的上清液被分别用于分解燕麦麸中的木聚糖/淀粉和蛋白质，获得85.1%纯度的β-葡聚糖。本研究构建的高表达木聚糖酶、淀粉水解酶和蛋白酶的A. niger重组菌株在低成本提取β-葡聚糖的工业化应用中具有潜力。
刘松研究员为通讯作者，2019级博士生李阳阳为论文第一作者。上述研究工作得到了国家重点研发项目（2019YFA0706900）和国家自然科学基金（32071474）项目的资助。
近年来刘松研究员课题组围黑曲霉和链霉菌等重要食品宿主的基因编辑及表达调控策略开展了一系列研究，相关研究成果发表在Bioresource Technology（2023，2022）、ACS Synthetic Biology（2021）、Journal of Agricultural and Food Chemistry（2021）和Biotechnology Advances（2020）等本领域权威期刊。
