核定位β-葡萄糖苷酶CEL3C调控里氏木霉纤维素酶合成的双功能机制解析及其工业应用价值

本研究针对里氏木霉（Trichoderma reesei）纤维素酶生产中诱导效率低、成本高的瓶颈问题，通过CRISPR-Cas9技术敲除核定位β-葡萄糖苷酶基因CEL3C，发现突变株ΔCEL3C在槐糖诱导下总纤维素酶活性提升31.28%（p < 0.05），关键酶基因（CEL7A、CEL6A等）转录水平显著上调，同时激活转录因子XYR1、ACE3并抑制阻遏蛋白RCE1/RCE2。该研究揭示了CEL3C通过酶活与非催化双重途径调控纤维素酶合成的分子机制，为工业菌株改造提供了新靶点。

　　

背景与挑战
在生物能源与绿色制造的浪潮中，木质纤维素的高效降解犹如一道亟待破解的密码。里氏木霉作为纤维素酶生产的"工业明星"，其酶系合成却受制于复杂的诱导机制——天然诱导剂纤维素难溶且昂贵，而高效诱导剂槐糖成本居高不下。更棘手的是，β-葡萄糖苷酶家族成员功能冗余且调控机制扑朔迷离，尤其是唯一核定位成员CEL3C，虽已知其过表达会抑制纤维素酶生产，但具体作用机制如同黑箱。

研究设计与方法
重庆科技大学的Lu Wang团队在《Enzyme and Microbial Technology》发表研究，采用CRISPR-Cas9技术精准敲除高产菌株里氏木霉Rut C30的CEL3C基因，通过槐糖富集的MGD培养基诱导，结合转录组测序、胞内糖谱分析和酶活检测等多维手段，系统解析CEL3C的调控网络。

关键发现

1. Strains and plasmids
   构建的ΔCEL3C突变株展现出"去抑制效应"：β-葡萄糖苷酶(CEL3A/B)活性飙升94.97%，内切葡聚糖酶(EGL)和外切葡聚糖酶(CBH)活性分别提高19.40%和28.99%，印证CEL3C是纤维素酶合成的关键负调控因子。

2. Construction and verification of CEL3C knockout strains
   转录组数据揭示688个差异基因，其中纤维素酶核心基因CEL7A表达量翻倍，而调控网络呈现"激活-抑制"双向重塑：转录激活因子XYR1表达量增加59.6%，阻遏蛋白RCE1则骤降65.86%。

3. Conclusions
   研究首次阐明CEL3C的双重调控机制：酶活性方面，其缺失促进二糖（纤维二糖、龙胆二糖）水解为葡萄糖，并通过转糖基化增加槐糖积累；非催化方面，核定位特性暗示其可能直接干预染色质重塑或转录因子活性。这种"双闸门"调控模式为理解真菌次级代谢提供了新范式。

工业启示
该研究突破传统认知——β-葡萄糖苷酶不仅是底物水解者，更是基因网络的"分子开关"。通过靶向改造CEL3C及其互作通路，可显著提升工业菌株的酶产量，降低槐糖诱导成本。尤其值得注意的是，ΔCEL3C突变株中糖转运蛋白TrireC30_133589表达量激增13.41倍，与MAPK信号通路(TMK2)抑制共同构成"诱导增强-阻遏解除"的协同效应，这为构建下一代超级菌株提供了精准编辑靶点。