Decreased production of higher alcohols by Saccharomyces cerevisiae for Chinese rice wine fermentation by deletion of Bat aminotransferases
- 作者
- Cui-Ying Zhang, Ya-Nan Qi, Hong-Xia Ma, Wei Li, Long-Hai Dai, Dong-Guang Xiao
- 杂志
- Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology（2015）
- DOI
- 10.1007/s10295-015-1583-z
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
中国黄酒发酵中酵母产生的高级醇（杂醇油）含量偏高，影响酒体品质和安全性，需通过代谢工程改造酵母降低高级醇产量。
研究策略
利用同源重组和 Cre/loxP 系统在工业黄酒酵母 RY1 中构建 BAT1、BAT2 单基因和双基因缺失菌株，并进一步构建无筛选标记的二倍体工程菌 RY1-Δbat2；通过模拟黄酒发酵评价菌株的高级醇产量及生长发酵性能。
核心内容
该研究针对中国黄酒发酵中酵母产生高级醇（杂醇油）偏高、影响酒体品质与安全性的问题，利用同源重组和Cre/loxP系统在工业黄酒酵母RY1中构建了BAT1、BAT2单基因及双基因缺失菌株，并进一步获得无筛选标记的二倍体工程菌RY1-Δbat2，通过模拟黄酒发酵评价其高级醇产量和发酵性能。结果显示，BAT2单基因缺失可显著降低异丁醇和异戊醇产量，单倍体RY1-a1-Δbat2的异丁醇为96.73 mg/L，较亲本157.24 mg/L降低38.48%；双基因缺失进一步使异丁醇和异戊醇分别降低53.99%和26.42%，但生长和发酵性能受损。相比之下，BAT1缺失对高级醇产量无显著影响。最终构建的二倍体工程菌RY1-Δbat2在模拟发酵中异丁醇和异戊醇分别降至92.40和303.31 mg/L，较亲本降低33.00%和14.20%，而CO₂损失、乙醇、残糖和生物量等指标与亲本无显著差异。该结果表明，敲除BAT2而非BAT1是降低黄酒高级醇含量的有效策略，在保持酵母正常发酵性能的同时实现品质改良，为工业酒精饮料酵母改造提供了可行路径。
创新点
发现 BAT2（而非 BAT1）是影响高级醇生成的关键基因；构建了发酵性能与亲本相当且显著降低异丁醇和异戊醇的无标记二倍体工业工程菌 RY1-Δbat2。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae 工业黄酒酵母 RY1 | Ehrlich pathway（支链氨基酸分解代谢途径） | BAT1 | Bat1p（线粒体支链氨基酸转氨酶） | 催化 | 单基因缺失对高级醇产量无显著影响；Bat1p 主要参与支链氨基酸的合成代谢。 |
| Saccharomyces cerevisiae 工业黄酒酵母 RY1 | Ehrlich pathway（支链氨基酸分解代谢途径） | BAT2 | Bat2p（胞质支链氨基酸转氨酶） | 催化 | 单基因缺失显著降低异丁醇和异戊醇产量；构建的二倍体工程菌 RY1-Δbat2 具有良好的发酵性能和低产高级醇特性。 |
关键发现
- BAT2 单基因缺失可显著降低异丁醇和异戊醇产量。单倍体 RY1-a1-Δbat2 的异丁醇为
- 73 mg/L，较亲本 RY1-a1（157.24 mg/L）降低
- 48%；异戊醇（异戊醇+活性戊醇）为
- 02 mg/L，较亲本（351.73 mg/L）降低
- 43%。双基因缺失 RY1-a1-Δbat1Δbat2 的正丙醇、异丁醇和异戊醇分别为
- 77、72.35 和
- 82 mg/L，较亲本分别降低
- 36%、53.99% 和
- 42%，但生长和发酵性能受损（CO2 损失从
- 1 g 降至
- 5 g，乙醇从
- 1% 降至
- 7%）。BAT1 单基因缺失对高级醇产量无显著影响。构建的二倍体工程菌 RY1-Δbat2 在模拟黄酒发酵中异丁醇和异戊醇分别为
- 40 和
- 31 mg/L，较亲本 RY1 分别降低
- 00% 和
- 20%，且发酵性能（CO2 损失、乙醇、残糖、生物量）与亲本无显著差异。
研究结论
通过敲除 BAT2 基因可有效降低中国黄酒发酵中高级醇含量，同时保持酵母正常生长和发酵性能，为黄酒工业品质改良和其他酒精饮料酵母改造提供了可行策略。