Ethanol production using nuclear petite yeast mutants
- 作者
- A. Hutter, S.G. Oliver
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（1998）
- DOI
- 10.1007/s002530051206
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何利用呼吸缺陷型核 petite 突变体在避免Pasteur效应的同时保持乙醇耐受性，以提高乙醇生产效率。
研究策略
通过PCR介导的基因破坏技术构建两个核 petite 突变体（FY23Δpet191和FY23Δcox5a），并比较它们与野生型及线粒体 petite 突变体（FY23ρ0）的乙醇耐受性和生产速率。
核心内容
该研究通过PCR介导的基因破坏技术，在酿酒酵母FY23中构建了两种核 petite 突变体FY23Δpet191和FY23Δcox5a，分别导致100%和85%的呼吸缺陷，并与野生型及线粒体 petite 突变体FY23ρ0比较乙醇耐受性和生产速率。结果显示，野生型的乙醇抑制常数Ki为2.3%（w/v），比生产速率qp为0.90 g/g/h；FY23ρ0的Ki降至1.71%，qp为0.87。相比之下，核 petite 突变体在保持较高乙醇耐受性的同时实现了更快发酵：FY23Δpet191的Ki为2.14%，qp比野生型高43%；FY23Δcox5a的Ki为1.94%，qp高30%。该工作首次证明，保留完整线粒体DNA但呼吸链缺陷的核 petite 突变体既能绕过Pasteur效应的抑制，又避免了线粒体 petite 突变体乙醇敏感性高的缺点。这表明功能完整的线粒体对酵母乙醇耐受性至关重要，核 petite 突变体结合高发酵速率与良好耐受性，具备工业乙醇生产的应用潜力。
创新点
首次证明核 petite 突变体（保留完整线粒体DNA但呼吸链缺陷）能在维持乙醇耐受性的同时绕过Pasteur效应，获得比野生型更高的乙醇生产速率，克服了线粒体 petite 突变体乙醇敏感性高的缺点。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae FY23 | 乙醇发酵/糖酵解 | PET191 | Pet191p | 能量供给 | 编码细胞色素c氧化酶组装所需蛋白，破坏后导致100%呼吸缺陷，构建核 petite 突变体FY23Δpet191 |
| Saccharomyces cerevisiae FY23 | 氧化磷酸化/呼吸链 | COX5a | Cox5a | 能量供给 | 编码细胞色素c氧化酶亚基V的核基因，破坏后导致85%呼吸缺陷，构建核 petite 突变体FY23Δcox5a |
| Saccharomyces cerevisiae FY23 | 线粒体呼吸链 | COX5b | Cox5b | 能量供给 | 与COX5a同功的亚基V同工型，提供10%-15%残余呼吸活性 |
关键发现
- FY23WT的乙醇抑制常数Ki为2.3% (w/v)，比生产速率qp为0.90 g ethanol/g dry cells/h
- FY23ρ0的Ki为1.71% (w/v)，qp为0.87。核 petite 突变体FY23Δpet191（100%呼吸缺陷）的Ki为2.14% (w/v)，qp比野生型高43%
- FY23Δcox5a（85%呼吸缺陷）的Ki为1.94% (w/v)，qp比野生型高30%。核 petite 突变体因呼吸缺陷不受Pasteur效应抑制，发酵速率提高，且保留较好的乙醇耐受性。
研究结论
功能完整的线粒体对维持酵母乙醇耐受性至关重要；核 petite 突变体结合了呼吸缺陷带来的高发酵速率和完整线粒体DNA带来的乙醇耐受性，在工业乙醇生产中具有应用潜力。