锌离子提高絮凝酵母乙酸胁迫耐受性

研究了锌离子对絮凝酵母SPSC01乙酸胁迫条件下乙醇发酵的影响,结果表明,添加适当浓度的锌离子可以缓解乙酸对自絮凝酵母生长的抑制,进而缩短其发酵周期;其中添加0.03g.L-1锌离子对乙酸胁迫下细胞活性的保护作用最明显,可使15g.L-1乙酸存在时发酵周期缩短近30h,最终生物量得率提高27.8%,乙醇产率提高66.7%。同时锌离子还可以使乙酸抑制条件下,发酵液中副产物乳酸和丙酸的含量降低。

乙酸胁迫酵母细胞凋亡过程中单个线粒体损伤的拉曼光谱分析

应用激光光镊拉曼光谱技术(LTRS)作为一种非入侵分析线粒体的工具,结合氧电极法、紫外分光光度计法,研究乙酸胁迫酵母细胞后提取的线粒体,以及直接胁迫正常酵母细胞的离体线粒体的拉曼光谱。结果显示,乙酸胁迫酵母细胞后提取的线粒体的拉曼光谱,归属于核酸的谱峰(1081和1301 cm!1)、蛋白质的谱峰(872,1445,1604和1657 cm!1)、脂类的谱峰(1125,1301,1445和1657 cm!1)、Cyt c的特征峰(750和1125 cm!1)、线粒体呼吸特征峰(1604 cm!1),都随着诱导程度的加深而降低,与常规法测定的指标呼吸率,磷氧比,细胞色素C含量的降低,MDA含量的升高的变化趋势相似;乙酸直接胁迫线粒体的拉曼光谱,归属于核酸的谱峰(1081和1301 cm!1),蛋白质的谱峰(872,1445,1604和1657 cm!1),脂类的谱峰(1125,1301,1445和1657 cm!1),Cyt c的特征峰(750和1125 cm!1),线粒体呼吸特征峰(1604 cm!1),都随着诱导程度的加深而降低,与常规法测定的指标呼吸率、磷氧比、细胞色素C含量的降低,MDA含量的升高的变化趋势相似。结果表明,乙酸胁迫细胞过程中,乙酸进到细胞内可能直接作用于线粒体,引起线粒体内物质的释放,导致依赖于线粒体途径的细胞凋亡。

乙酸胁迫条件下酿酒酵母全基因组启动子区组蛋白H4 K16乙酰化修饰分析

为探究酵母乙酸耐受性的表观遗传调控新机制,采用染色质免疫共沉淀-芯片(Chromatin immunoprecipitation-chip,ChIP-chip)技术,分析乙酸胁迫条件下酿酒酵母全基因组启动子区组蛋白H4 K16乙酰化修饰的变化。结果表明,酵母细胞经乙酸胁迫处理(60 mmol/L、30 min)后,与对照组(添加等体积无菌水)相比,73个酵母基因的启动子区域组蛋白H4 K16位点乙酰化修饰发生了改变,乙酰化修饰上升基因19个,主要分布在2、4、5、7、13、15、16号染色体上;乙酰化修饰下降基因54个,主要分布在1、2、4、5、6、7、8、10、11、12、13、14、15、16号染色体上。基因功能分析结果表明,按生物学过程分类乙酰化修饰改变基因主要富集在碱基切除修复、细胞骨架组装、细胞周期进程和含蛋白质的复合物组装;按细胞组分分类乙酰化修饰改变基因主要富集在液泡质子转运V-型ATP酶、DNA聚合酶复合体、质子转运双扇区ATP酶复合物/质子转运域、有丝分裂纺锤体和核染色体;按分子功能分类乙酰化修饰改变基因主要富集在单链DNA 3′—5′外脱氧核糖核酸酶活性、蛋白酶体结合、ATP酶活性/耦联离子跨膜运动。随机选取3个启动子区组蛋白H4 K16乙酰化修饰发生差异变化的基因(ATP12、VPS55、DLT1)进行染色质免疫沉淀-实时定量PCR检测,结果与ChIP-chip分析结果一致,验证了ChIP-chip试验的准确性。综上,酿酒酵母基因启动子区组蛋白H4 K16乙酰化修饰与乙酸耐受性密切相关。

副干酪乳杆菌HD1.7在乙酸胁迫下转录组学研究

利用转录组学技术,研究不同浓度乙酸胁迫对副干酪乳杆菌HD1.7生长代谢和细菌素产生的影响。结果表明:与CK组相比,2 g·L^(-1)、6 g·L^(-1)和10 g·L^(-1)乙酸胁迫试验组细菌素浓度分别提高了27.88%、131.84%和133.92%,而且10 g·L^(-1)乙酸胁迫试验组明显降低了葡萄糖利用率、乙酸代谢和乳酸代谢。转录组学数据中差异基因数分别为36、269和296,KEGG富集分析得出6 g·L^(-1)和10 g·L^(-1)乙酸试验组会使胞内氨基酸代谢发生改变,而且后者胞内脂肪酸代谢也发生改变。

挖掘与调控乙酸胁迫响应基因提高重组酿酒酵母合成番茄红素水平

【背景】乙酰辅酶A是酿酒酵母异源合成番茄红素的重要中间产物,胞质中乙酰辅酶A主要来自乙酰辅酶A合成酶催化乙酸合成。【目的】通过外源添加乙酸盐结合调控乙酸胁迫应答基因增加胞内乙酰辅酶A含量,改善细胞生长,促进番茄红素合成。【方法】在合成番茄红素的重组酵母菌中过表达乙酰辅酶A合成酶编码基因(acs2),在发酵过程中添加10g/L乙酸盐,结合转录组学分析挖掘乙酸胁迫响应基因,进行单一和组合调控。【结果】添加乙酸盐后,重组菌Y02中番茄红素含量增加了19.14%,但细胞生长受到抑制,转录组学结果表明adk2、fap7、hem13、elo3、pdc5、set5、pmt5、hst4、clb2和swe1表达水平增加,因此构建了单基因和双基因过表达菌株,其中Y02-set5-hst4菌在添加乙酸盐后细胞生长得到了显著改善,同时胞内乙酰辅酶A浓度提高了78.21%,番茄红素含量和产量达到12.62 mg/g-DCW和108.67 mg/L,与对照菌Y02相比分别提高了42.76%和67.13%。同时该菌中甲羟戊酸途径中关键基因erg12、erg20和hmg1的表达量与对照菌相比分别上调了1.70、1.44和1.96倍。【结论】在过表达acs2的基础上,过表达set5和hst4能够增加酵母对乙酸胁迫的耐受能力,并提高乙酰辅酶A合成水平和甲羟戊酸途径代谢通量,促进番茄红素的合成,研究结果可为其他类异戊二烯产物的代谢工程研究提供有益的借鉴。

乙酸钠胁迫对药用植物黄独带芽茎段生长发育的影响

研究乙酸钠胁迫对药用植物黄独带芽茎段生长发育的影响。结果表明:乙酸钠对黄独带芽茎段的生长发育具有显著的抑制作用,且其抑制作用与浓度无关。

过表达谷氧还蛋白基因GRX5提高酿酒酵母乙酸耐性

利用可再生的纤维素原料生产燃料乙醇是国内外研究的热点。但纤维素原料一些预处理过程产生的乙酸对酿酒酵母细胞生长和乙醇发酵产生强烈抑制,因此,提高酿酒酵母细胞的乙酸耐受性是提高纤维素乙醇发酵效率的重要手段。本文研究了谷氧还蛋白家族中GRX5p的编码基因的过表达对酿酒酵母在乙酸胁迫条件下细胞生长和发酵性能的影响。结果表明,过表达GRX5的重组菌株在含有5 g·L1乙酸的平板中生长优于对照菌株;在含有5 g·L1乙酸的培养基中进行乙醇发酵,过表达GRX5的重组菌株可在48 h基本消耗培养基中所有的葡萄糖,发酵周期比对照菌株缩短了12 h。过表达GRX5菌株的乙醇生产强度为0.897 g·L1·h1,比对照提高了28.5%。代谢物分析结果表明,过表达GRX5的重组菌株可产生更多的保护性物质海藻糖和甘油,有利于增强菌株胁迫耐受性。

过表达MRP8提高酿酒酵母乙酸耐性及乙醇发酵效率

乙酸是木质纤维素水解液中含量较多的抑制物,因此提高酿酒酵母菌株对乙酸的耐受性有助于提高纤维素乙醇生产效率。本文中,笔者利用基于CRISPR/Cas9系统的基因组编辑技术过表达了酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)S288c线粒体核糖体蛋白编码基因MRP8,并比较了过表达MRP8的菌株与对照菌株的生长和发酵特性。平板耐性检测发现,MRP8过表达明显提高了菌株的乙酸胁迫耐受性;乙醇发酵结果表明,在4.8 g/L乙酸胁迫条件下,过表达菌株MRP8-3在51 h消耗全部的葡萄糖,发酵时间缩短了25 h,显著优于相同时间的对照菌株。本研究结果为构建高效纤维素乙醇发酵的酿酒酵母菌株提供了新思路。

絮凝基因FLO1及FLO1c高表达提高工业酿酒酵母乙酸耐受性及发酵性能

乙酸是生物质乙醇发酵过程中酵母细胞面临的重要抑制剂之一,对细胞生长及发酵性能有强烈的抑制作用。增强酵母菌对乙酸胁迫的耐受性对提高乙醇产率具有重要意义。用分别带有完整絮凝基因FLO1及其重复序列单元C发生缺失的衍生基因FLO1c的重组表达质粒分别转化非絮凝型工业酿酒酵母CE6,获得絮凝型重组酵母菌株6-AF1和6-AF1c。同时以空载体p YCPGA1转化CE6的菌株CE6-V为对照菌株。与CE6-V相比,絮凝酵母明显提高了对乙酸胁迫的耐受性。在0.6%(V/V)乙酸胁迫下,6-AF1和6-AF1c的乙醇产率分别为对照菌株CE6-V的1.56倍和1.62倍;在1.0%(V/V)乙酸胁迫下,6-AF1和6-AF1c的乙醇产率分别为对照菌株CE6-V的1.21倍和1.78倍。可见絮凝能力改造能明显提高工业酿酒酵母的乙酸胁迫耐受性及发酵性能,而且FLO1内重复序列单元C缺失具有更加明显的效果。

过表达tRNA基因tL(CAA)K提高酿酒酵母乙酸耐受性

乙酸是木质纤维素类生物质水解液中的常见毒性抑制物,选育乙酸耐受性好的酿酒酵母菌株,有利于高效利用木质纤维素类生物质,发酵生产生物燃料和生物基化学品。目前对酿酒酵母抗逆性的研究多集中在转录水平,但对转运RNA(Transfer RNA,tRNA)在耐受性中的作用研究较少。在对酿酒酵母抗逆性研究过程中发现,一些转运RNA基因在耐受性好的酿酒酵母菌株中转录明显上调。本文深入分析了精氨酸tRNA基因tR(ACG)D和亮氨酸tRNA基因tL(CAA)K过表达对酿酒酵母耐受木质纤维素水解液的影响。结果表明,在4.2 g/L乙酸胁迫条件下进行乙醇发酵时,过表达tL(CAA)K的菌株生长和发酵性能均优于对照酵母菌株,乙醇生产强度比对照菌株提高了29.41%,但过表达tR(ACG)D基因的菌株生长和代谢能力较对照菌株明显降低,体现了不同tRNA的不同调控作用。进一步分析发现,过表达tL(CAA)K的重组酵母菌株乙酸耐受性调控相关基因HAA1、MSN2和MSN4等胁迫耐受性相关转录因子编码基因的转录水平上调。本文的研究为选育高效利用木质纤维素资源进行生物炼制的酵母菌株提供了新的改造策略,也为进一步揭示酿酒酵母tRNA基因表达调控对抗逆性的影响提供了基础。

过表达长链鞘氨醇激酶基因LCB4提高酿酒酵母抑制物耐受性

木质纤维素预处理过程中产生的有毒副产物严重影响了纤维素乙醇发酵,提高酿酒酵母抑制物耐受性是提高纤维素乙醇发酵效率的有效方法。文中通过过表达LCB4基因,研究了重组菌株S288C-LCB4在乙酸、糠醛和香草醛胁迫下的细胞生长和乙醇发酵性能。结果表明,LCB4过表达菌株在分别含有10 g/L乙酸、1.5 g/L糠醛和1 g/L香草醛的平板中生长均优于对照菌株;在分别含有10 g/L乙酸、3 g/L糠醛和2 g/L香草醛的液体乙醇发酵过程中,重组菌株S288C-LCB4乙醇发酵产率分别为0.85 g/(L·h)、0.76 g/(L·h)和1.12 g/(L·h),比对照菌株提高了34.9%、85.4%和330.8%;且糠醛和香草醛胁迫下发酵时间分别缩短了30 h和44 h。根据发酵终点发酵液代谢物分析发现重组菌株比对照菌株产生了更多甘油、海藻糖和琥珀酸,这些物质有利于增强菌株的抑制物耐受性。综上所述,LCB4基因过表达可显著提高酿酒酵母S288C在乙酸、糠醛和香草醛胁迫下的乙醇发酵性能。