Overexpression of ADH1 and HXT1 genes in the yeast Saccharomyces cerevisiae improves the fermentative efficiency during tequila elaboration
- 作者
- Melesio Gutiérrez-Lomelí, Juan Carlos Torres-Guzmán, Gloria Angélica González-Hernández, Luis Alberto Cira-Chávez, Carlos Pelayo-Ortiz, Jose de Jesús Ramírez-Córdova
- 单位
- Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Desarrollo del Estado de Jalisco A.C.
- 杂志
- Antonie van Leeuwenhoek（2008）
- DOI
- 10.1007/s10482-007-9213-z
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
龙舌兰酒酿造过程中酿酒酵母常出现发酵缓慢和不完全的问题，可能是己糖转运缺陷所致，本研究旨在通过基因过表达提高发酵效率。
研究策略
构建酵母着丝粒质粒，将ADH1和HXT1基因分别或同时克隆并转化至龙舌兰酒工业分离菌株Saccharomyces cerevisiae AR5中，评估过表达对发酵效率的影响。
核心内容
本研究在龙舌兰酒酿造用酿酒酵母工业菌株AR5中，通过着丝粒质粒分别或同时过表达乙醇脱氢酶基因ADH1和己糖转运蛋白基因HXT1，以解决发酵缓慢和不完全的问题。结果显示，同时过表达ADH1和HXT1的重组菌株A5在YPD和龙舌兰培养基中的发酵效率分别从80.33%提高到84.57%、从89.40%提高到94.29%。尽管重组菌株的细胞量较野生型下降7%至24%，乙醇脱氢酶活性显著升高，A1和A5菌株在YPD中分别达3.04和2.29 U/mg蛋白，龙舌兰中分别提高65%和24%。含HXT1的菌株中糖转化效率Yp/x在YPD中提高14.02%至28.11%，甘油产率Ygly/s提高18.52%至33.33%。结果表明，同时过表达ADH1和HXT1能有效提升乙醇产率和发酵效率，其中Hxt1p的促进作用较Adh1p更为关键，这是首次在该工业菌株中实现此双重过表达策略。
创新点
首次在龙舌兰酒酿造用酿酒酵母菌株中同时过表达ADH1和HXT1基因，并证明可显著提高发酵效率。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae AR5 | 乙醇发酵通路（糖酵解） | ADH1 | Adh1p（乙醇脱氢酶I） | 催化 | 催化乙醛还原为乙醇并再生NAD+ |
| Saccharomyces cerevisiae AR5 | 己糖跨膜转运（糖酵解） | HXT1 | Hxt1p（己糖转运蛋白） | 转运 | 高浓度葡萄糖条件下诱导表达的己糖低亲和力转运蛋白，使用截短的HXT7启动子增强表达 |
关键发现
- 同时过表达ADH1和HXT1的A5菌株在YPD和龙舌兰培养基中发酵效率分别从80.33%提高到84.57%和从89.40%提高到94.29%
- 重组菌株细胞量较野生型下降7-24%（YPD）和15-19%（龙舌兰）
- A1和A5菌株的乙醇脱氢酶活性显著升高，YPD中分别为3.04±0.09和2.29±0.02 U/mg蛋白，龙舌兰中分别提高65%和24%
- A3和A5菌株在YPD中Yp/x分别提高14.02%和28.11%，龙舌兰中分别提高16.31%和15.43%
- 甘油产量在含HXT1的菌株中增加，YPD中Ygly/s提高18.52%和33.33%，龙舌兰中提高12.5%和20%。
研究结论
ADH1和HXT1基因的同时过表达能提高乙醇产率和发酵效率，其中Hxt1p转运蛋白的作用比Adh1p更重要，这是首次在龙舌兰酒醪分离菌株中通过同时过表达这两个基因实现发酵效率提升。