Comparative analysis of salt-tolerant gene HOG1 in a Zygosaccharomyces rouxii mutant strain and its parent strain
- 作者
- Yonghua Wei, Cong Wang, Meng Wang, Xiaohong Cao, Lihua Hou
- 杂志
- Journal of the Science of Food and Agriculture（2013）
- DOI
- 10.1002/jsfa.6096
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
解析基因组改组获得的高耐盐突变株Zygosaccharomyces rouxii 3-2中HOG1基因的突变是否影响其耐盐性和胞内甘油积累，并评估其应用于酱油发酵的安全性。
研究策略
克隆并比较亲本株S和突变株S3-2的HOG1基因序列，预测蛋白二级和三级结构；通过实时定量PCR比较高盐条件下HOG1转录水平；在酿酒酵母W303-1A中分别过表达两种HOG1，分析工程菌株的生长、耐盐性、渗透压耐受性及胞内甘油含量。
核心内容
研究通过克隆并比较耐盐突变株Zygosaccharomyces rouxii S3-2与其亲本株的HOG1基因，解析了耐盐性增强的分子机制。序列分析显示，两者HOG1编码区仅有两个C→T突变，氨基酸同源性高达99%，蛋白二级结构及等电点几乎一致，而突变株启动子区起始密码子上游292 bp处存在一个G→A突变。实时定量PCR证实，在高盐条件下突变株HOG1转录水平显著高于亲本株。将两种HOG1分别导入酿酒酵母W303-1A后，过表达突变型HOG1的菌株在含120 g/kg NaCl培养基中生长更快，对1.5 mol/L NaCl和1.8 mol/L山梨醇的耐受性更强，且在不同浓度NaCl胁迫下胞内甘油积累量均高于对照。结果表明，启动子区突变引起的HOG1转录上调而非蛋白构象改变是耐盐性增强的主因，该机制通过促进甘油合成提升渗透压耐受性。由于Hog1p蛋白结构高度保守，该突变株用于酱油发酵具有良好安全性。
创新点
发现S3-2HOG1启动子区突变导致其转录水平上调是耐盐性增强的主要原因，而非编码区突变改变Hog1p构象；证实S3-2HOG1蛋白结构高度保守，保障了菌株在酱油发酵中的应用安全性。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Zygosaccharomyces rouxii S（亲本株） | HOG MAPK信号通路 | HOG1 | Hog1p | 调控 | MAPK激酶，介导渗透压感知并调控甘油合成相关基因表达 |
| Zygosaccharomyces rouxii S3-2（突变株） | HOG MAPK信号通路 | HOG1 | Hog1p | 调控 | 启动子区突变使其在高盐条件下转录水平高于亲本株 |
| Saccharomyces cerevisiae W303-1A | HOG MAPK信号通路 | HOG1 | Hog1p | 调控 | 异源过表达验证S3-2HOG1提高耐盐性和渗透压耐受性的功能 |
关键发现
- S3-2HOG1全长1860 bp，ORF 1296 bp，与SHOG1相似性99.8%
- ORF内有两个C→T突变，启动子区起始密码子上游292 bp处有一个G→A突变。两者编码431个氨基酸蛋白，分子量分别为48.657和48.629 kDa，氨基酸同源性99%，与酿酒酵母Hog1p同源性90%。二级结构预测显示S3-2Hog1p为32%螺旋、13%折叠、3%转角、52%无规卷曲，SHog1p为32%螺旋、12%折叠、3%转角、53%无规卷曲，等电点均为5.636。在高盐YPDN培养基中S3-2HOG1转录水平显著高于SHOG1
- 过表达S3-2HOG1的W303-1A菌株（W-S3-2）在含120 g/kg NaCl的培养基中生长速率高于过表达SHOG1的W-S和对照W-Y，且在1.5 mol/L NaCl和1.8 mol/L山梨醇平板上表现出更强的耐受性。在60和120 g/kg NaCl胁迫下，W-S3-2胞内甘油含量均高于W-S。
研究结论
S3-2HOG1在超渗条件下转录水平升高，促进胞内甘油积累，从而增强了突变株S3-2的耐盐性和渗透压耐受性；由于Hog1p蛋白结构未发生显著改变，S3-2应用于酱油发酵具有较好的安全性。