高级醇 · 代谢工程文献库

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Improve carbon metabolic flux in Saccharomyces cerevisiae at high temperature by overexpressed TSL1 gene

作者
Xiang-Yang Ge, Yan Xu, Xiang Chen
单位
The Key Laboratory of Industrial Biotechnology, Ministry of Education, School of Biotechnology, JiangNan University, Wuxi, JiangSu Province, China; Jiangsu Yanghe Distillery Co.LTD, Suqian, JiangSu Province, China
杂志
Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology（2013）
DOI
10.1007/s10295-013-1233-2
所属领域
代谢工程
关键词
Glycolysis fluxHigh temperatureSaccharomyces cerevisiaeTSL1 gene
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解决的核心问题

高温下酿酒酵母乙醇发酵时碳代谢通量下降、细胞应激耐受性差，导致乙醇产量和产率降低

研究策略

在酿酒酵母Z-06中过表达TSL1基因（海藻糖合酶复合物的调控亚基），增强海藻糖合成和葡萄糖信号调控，提高细胞的应激耐受性和糖酵解通量

研究路线图

100%
高温下乙醇发酵碳代谢通量下降、耐受性差
策略：过表达TSL1基因增强海藻糖合成与葡萄糖信号调控
关键改造：在Z-06中构建Z-061菌株（过表达TSL1）
关键结果1：TPS活性提高3.8倍，海藻糖浓度增加3倍
关键结果2：38°C发酵乙醇185.5 g/L，产率5.2 g/L/h（提升92.7%）
关键结果3：葡萄糖消耗率+19.59%，乙醇积累率+135.54%，pH升高
结论：过表达TSL1提高高温耐受性与碳代谢通量，为初级代谢产物生产提供新策略
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核心内容

该研究针对高温下酿酒酵母乙醇发酵中碳代谢通量下降和应激耐受性差的问题，在菌株Z-06中过表达TSL1基因，该基因编码海藻糖合酶复合物的调控亚基。结果显示，过表达TSL1后，海藻糖合酶活性从1.48 U/mg提升至5.62 U/mg，海藻糖积累量由0.151 g/gDCW增至0.461 g/gDCW，表明菌株的胁迫耐受性显著增强。在38°C下发酵36小时，重组菌株Z-061的乙醇产量达到185.5 g/L，而亲本菌株仅为96.3 g/L，最大乙醇产率提升92.7%至5.2 g/L/h，同时葡萄糖消耗率和乙醇积累率分别提高19.59%和135.54%。此外，发酵液中副产物积累减少，pH维持在更适宜的水平。该工作首次通过调控海藻糖合酶复合物的调控亚基而非直接过表达合成酶，同时改善了高温下的细胞耐受性和碳代谢通量，为高温条件下利用酿酒酵母高效生产初级代谢产物提供了可行策略。

创新点

首次报道过表达TSL1基因对高温下乙醇发酵的影响；通过调控海藻糖合酶复合物亚基而非直接过表达合成酶，同时改善胁迫耐受性和碳代谢通量

研究对象（1）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Saccharomyces cerevisiae Z-06 海藻糖合成通路/糖酵解通路 TSL1 TSL1（海藻糖合酶复合物调控亚基） 调控 过表达增强海藻糖合成和葡萄糖信号调控，提高高温下应激耐受性和碳代谢通量

关键发现

  1. 过表达TSL1后，TPS活性从1.48 U/mg（Z-06）提高到5.62 U/mg（Z-061），提高约3.8倍
  2. 海藻糖浓度从0.151 g/gDCW增至0.461 g/gDCW
  3. 38°C、36 h发酵获得185.5 g/L乙醇，显著高于亲本菌株的96.3 g/L
  4. 最大乙醇产率为5.2 g/L/h，比亲本菌株提高92.7%
  5. 葡萄糖消耗率提高19.59%，乙醇积累率提高135.54%
  6. pH从4.16升至4.52

研究结论

过表达TSL1基因可显著增强酿酒酵母高温下的应激耐受性和糖酵解通量，减少副产物积累，提高乙醇浓度和产率，为高温下利用酿酒酵母生产初级代谢产物提供新策略