Expression of TPS1 Gene from Saccharomyces fibuligera A11 in Saccharomyces sp. W0 Enhances Trehalose Accumulation, Ethanol Tolerance, and Ethanol Production

作者: Tian-Shu Cao, Zhe Chi, Guang-Lei Liu, Zhen-Ming Chi
杂志: Molecular Biotechnology（2013）
DOI: 10.1007/s12033-013-9683-3
所属领域: 代谢工程
关键词: Ethanol toleranceSaccharomyces fibuligeraSaccharomyces sp. W0TPS1 geneTrehalose
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解决的核心问题

提高高产乙醇酵母菌株Saccharomyces sp. W0的乙醇耐受性和乙醇产量

研究策略

将来自Saccharomyces fibuligera A11的TPS1基因克隆到18S rDNA整合载体pMIRSC11中，整合至Saccharomyces sp. W0染色体DNA，通过增强海藻糖合成来提升乙醇耐受性和乙醇产量

研究路线图

100%

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核心内容

该研究将来源于Saccharomyces fibuligera A11的海藻糖-6-磷酸合酶基因TPS1克隆至18S rDNA整合载体，并转化至高产乙醇菌株Saccharomyces sp. W0的染色体中，以期通过增强海藻糖合成提高菌株的乙醇耐受性与产量。所得转化子Z8的Tps1比活力达1.31 U/mg，约为野生型的两倍，胞内海藻糖含量升至6.23 g/100 g细胞干重，显著高于野生型的4.05 g/100 g。在18%乙醇休克条件下，Z8细胞存活率为25.14%，远超野生型的12.09%。发酵结果显示，Z8最终乙醇浓度达到16.4%，较野生型的14.2%提高约15%，且发酵过程中其CO2释放量和胞内海藻糖水平均始终高于对照。结果表明，在W0中异源表达TPS1可有效提升海藻糖积累，进而增强乙醇耐受性和乙醇产量，验证了海藻糖代谢在工业乙醇发酵中的关键作用。

创新点

首次在Saccharomyces sp. W0中异源表达S. fibuligera A11的TPS1基因，实现海藻糖含量、Tps1活性、乙醇耐受性和乙醇产量的同步提升

研究对象（3）

底盘细胞	代谢通路	基因	蛋白	功能	说明
Saccharomyces sp. W0	海藻糖生物合成	TPS1	海藻糖-6-磷酸合酶	催化	来自Saccharomyces fibuligera A11的TPS1基因整合至W0染色体，转化子Z8
Saccharomyces fibuligera A11	海藻糖生物合成	TPS1	海藻糖-6-磷酸合酶	催化	基因供体菌株，海藻糖积累量可达25 g/100 g细胞干重
Saccharomyces sp. W12d	海藻糖生物合成	—	—	—	从W0分离的尿嘧啶营养缺陷型突变体，用于转化

关键发现

转化子Z8的海藻糖含量为6.23 g/100 g细胞干重，而野生型W0为4.05 g/100 g
在18 ml/100 ml乙醇休克条件下，Z8的细胞存活率为25.14%，野生型仅为12.09%
Z8的Tps1比活力为1.31±0.13 U/mg，野生型为0.75±0.08 U/mg
Z8的最终乙醇浓度为16.4±0.3 ml/100 ml培养基，野生型为14.2±0.25 ml/100 ml。发酵过程中Z8的CO2释放量（重量损失）和胞内海藻糖含量均高于野生型。

研究结论

海藻糖在Saccharomyces sp. W0的乙醇耐受性和乙醇生产中发挥重要作用，过表达TPS1基因能有效提高海藻糖积累，从而增强乙醇耐受性和乙醇产量。