高级醇 · 代谢工程文献库

← 返回列表

Novel strategy to improve vanillin tolerance and ethanol fermentation performances of Saccharomycere cerevisiae strains

作者
Dao-Qiong Zheng, Xin-Na Jin, Ke Zhang, Ya-Hong Fang, Xue-Chang Wu
单位
College of Life Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058, Zhejiang Province, China; Ocean College, Zhejiang University, Zhoushan, Zhejiang Province, China
杂志
Bioresource Technology（2017）
DOI
10.1016/j.biortech.2017.01.040
所属领域
发酵工程
关键词
BioethanolSaccharomyces cerevisiaeploidytolerancevanillin
阅读原文
查看 PDF 原文

解决的核心问题

木质纤维素水解产物中的香兰素严重抑制酿酒酵母的生长和乙醇发酵，需要开发有效策略构建香兰素耐受菌株

研究策略

通过基因组复制获得同源二倍体、三倍体和四倍体菌株，再利用抗有丝分裂药物MBC诱导四倍体菌株产生染色体畸变，筛选香兰素耐受的非整倍体突变体

研究路线图

100%
核心问题：
香兰素抑制酵母生长与乙醇发酵
研究策略：
基因组复制构建多倍体菌株
关键改造1：
MBC诱导四倍体染色体畸变
关键改造2：
筛选非整倍体突变体
结果1：
三倍体最耐受香兰素（滞后期22.3h）
结果2：
非整倍体突变体香兰素转化能力增强
结果3：
麦角固醇含量增加20-29%，染色体I/IV拷贝数丢失
结论：基因组复制+MBC处理
是提高香兰素耐受性的有效策略
Text is not SVG - cannot display

下载 .drawio 源文件

核心内容

该研究针对木质纤维素水解液中香兰素抑制酿酒酵母生长与乙醇发酵的问题，提出了一种结合基因组复制与有丝分裂干扰的育种策略。作者首先通过交配型转换获得同源二倍体、三倍体和四倍体菌株，随后利用抗有丝分裂药物MBC处理四倍体菌株以诱导染色体畸变，筛选香兰素耐受的非整倍体突变体。结果显示，三倍体菌株CEN-TR在含9 mM香兰素的培养基中滞后期最短（22.3小时），最大OD600达13.18；在香兰素存在时，三倍体36小时产乙醇37 g/L，较无香兰素条件仅低13%。非整倍体突变体TE15的残留香兰素比CEN-TR低40%，香兰醇产量高66%；TE3和TE12的麦角固醇含量分别增加20%和29%，约为四倍体的1.5倍。所有突变体均发生染色体IV拷贝数丢失，多数还丢失染色体I。该策略有效提升了酵母的香兰素耐受性，其机制可能与增强的香兰素生物转化能力及麦角固醇含量升高有关。

创新点

['首次揭示酵母倍性与香兰素耐受性的关系，发现三倍体比其他整倍体更耐受香兰素', '提出基因组复制结合MBC处理的育种策略，高效产生非整倍体突变体', '非整倍体突变体在香兰素存在下表现出更快的乙醇发酵速率和更高的香兰素转化能力']

研究对象（4）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Saccharomyces cerevisiae CEN.PK2-1C (CEN-H)及衍生的同源多倍体菌株 交配型转换/基因组复制 HO HO endonuclease 催化 用于诱导交配型切换和基因组复制，产生同源二倍体、三倍体和四倍体菌株
Saccharomyces cerevisiae CEN-TE (四倍体 有丝分裂染色体分配 — Tubulin 调控 MBC靶向微管蛋白，抑制微管聚合，导致染色体畸变和产生非整倍体突变体
Saccharomyces cerevisiae 整倍体及非整倍体菌株 香兰素生物转化 ADH1, ADH6, ALD6, ARI1, YNL134C, YJR096W Adh1p, Adh6p, Ald6p, Ari1p, Ynl134cp, Yjr096wp 催化 非特异性脱氢酶/还原酶催化香兰素转化为低毒的香兰醇和香兰酸，增强香兰素耐受性
Saccharomyces cerevisiae 整倍体及非整倍体菌株 麦角固醇生物合成 — — 区室化 麦角固醇是细胞膜重要组分，维持膜完整性和香兰素耐受性；非整倍体突变体在香兰素存在下麦角固醇含量显著升高

关键发现

  1. 三倍体菌株CEN-TR在含9 mM vanillin的YPD中滞后期最短（22.3 h），最大OD600达13.18
  2. 正常发酵条件下所有菌株在36 h内消耗完葡萄糖并产生约43 g/L乙醇，而含vanillin时三倍体36 h产乙醇37 g/L，较无vanillin时低13%
  3. 非整倍体突变体TE15残留vanillin比CEN-TR低40%，香兰醇产量高66%
  4. TE3和TE12在含vanillin培养基中麦角固醇含量分别增加20%和29%，约为四倍体CEN-TE的1.5倍
  5. 所有8株突变体均发生染色体IV拷贝数丢失，5株丢失染色体I

研究结论

基因组复制结合MBC处理是提高酿酒酵母香兰素耐受性的有效策略，非整倍体突变体增强的香兰素生物转化能力和麦角固醇含量可能是其耐受性改善的生理机制