Enhanced ethyl caproate production of Chinese liquor yeast by overexpressing EHT1 with deleted FAA1
- 作者
- Yefu Chen, Feng Li, Jian Guo, Guangxin Liu, Xuewu Guo, Dongguang Xiao
- 单位
- Key Laboratory of Industrial Fermentation Microbiology of Ministry of Education, Tianjin Industrial Microbiology Key Lab, College of Biotechnology of Tianjin University of Science and Technology
- 杂志
- Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology（2013）
- DOI
- 10.1007/s10295-013-1390-3
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
中国白酒酵母Saccharomyces cerevisiae AY15产己酸乙酯能力低，传统浓香型白酒发酵依赖泥窖中的微生物在后期产酯，导致发酵周期长、粮食成本高且泥窖微生物会产生不良风味。本研究旨在通过基因工程改造白酒酵母，使其在发酵主期高效合成己酸乙酯，替代泥窖产酯过程。
研究策略
在工业白酒酵母AY15中过表达EHT1基因（编码乙醇己酰基转移酶）并删除FAA1基因（编码酰基-CoA合成酶），构建重组菌株EY15。EHT1过表达增强酯合成酶活性，FAA1敲除解除长链脂肪酸酰基-CoA对乙酰-CoA羧化酶的抑制，增加中链脂肪酸前体供给，从而提升己酸乙酯产量。
核心内容
该研究针对中国白酒酵母AY15产己酸乙酯能力低的问题，通过代谢工程手段构建了重组菌株EY15，即在工业菌株中过表达编码乙醇己酰基转移酶的EHT1基因并敲除编码酰基-CoA合成酶的FAA1基因。过表达EHT1增强了酯合成酶活性，而敲除FAA1解除了长链脂肪酸酰基-CoA对乙酰-CoA羧化酶的抑制，从而增加中链脂肪酸前体供给。在玉米水解液液体发酵中，EY15的己酸乙酯产量达2.23 mg/L，为亲本菌株的2.97倍；在高粱固体发酵中达2.83 mg/L，为亲本2.80倍。辛酸乙酯和癸酸乙酯在两种发酵条件下分别提升39%~61%。RT-qPCR显示EHT1 mRNA水平提高1.8倍，酶活性提升2倍，而发酵性能和出酒率与亲本无显著差异。该策略使纯种酵母发酵即可高效产己酸乙酯，为替代传统泥窖产酯、缩短浓香型白酒发酵周期并减少不良风味提供了可行方案，同时不影响整体发酵效率。
创新点
首次将EHT1过表达与FAA1敲除组合应用于中国白酒酵母，实现不依赖泥窖的纯种酵母发酵生产己酸乙酯；在液体和固体发酵中均显著提高己酸乙酯及中链脂肪酸乙酯产量，同时不影响发酵性能。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae AY15 | 脂肪酸生物合成与酯合成途径 | EHT1 | 乙醇己酰基转移酶 (Eht1) | 催化 | 在PGK1启动子控制下过表达，增强己酸乙酯合成 |
| Saccharomyces cerevisiae AY15 | 脂肪酸活化/酰基-CoA代谢 | FAA1 | 酰基-CoA合成酶 (FAA1) | 调控 | 敲除FAA1基因，解除长链脂肪酸酰基-CoA对乙酰-CoA羧化酶的抑制，增加中链脂肪酸前体供给 |
关键发现
- 液体发酵（玉米水解液）中，重组菌株EY15的己酸乙酯产量达2.23 mg/L，为亲本AY15的2.97倍
- 固体发酵（高粱）中达2.83 mg/L，为AY15的2.80倍。液体发酵中辛酸乙酯和癸酸乙酯产量分别增加52%和61%，固体发酵中分别增加39%和32.8%。仅敲除FAA1的菌株AY15ΔFAA1在液体发酵中己酸乙酯产量为1.12 mg/L，比AY15提高57.1%。RT-qPCR显示EY15的EHT1 mRNA水平比AY15高1.8倍，乙醇己酰基转移酶活性提高2倍。发酵性能与亲本无显著差异：液体发酵乙醇11.5% (v/v)，固体发酵8.7% (v/v)，原料出酒率分别为30.78%和23.28%。
研究结论
通过过表达EHT1和敲除FAA1构建的重组中国白酒酵母EY15能显著提高己酸乙酯产量，且不影响发酵性能，为浓香型白酒的纯种发酵清洁生产提供了可行策略，缩短发酵周期、降低成本并减少泥窖带来的负面影响。