成都生物所在酵母耐热基因研究方面取得进展

第二代燃料乙醇具有清洁、原料来源广泛、可再生等诸多优点，有望替代传统化石能源的使用，缓解当前人类社会面临的日趋严重的能源危机及环境污染等问题，成为目前各国研究的热点。木质纤维素原料的高效、低成本酶解是纤维素乙醇能否实现产业化的关键之一。目前广泛使用的同步糖化发酵方式（SSF），能使糖化和发酵在时间和空间上同时进行，可降低底物单糖对纤维素酶的反馈抑制作用，提高酶解率进而提高终产物得率，SSF具有工艺简单、能耗低、发酵时间短等优点。然而制约SSF最大的问题是纤维素酶最适作用温度（50℃）明显高于乙醇发酵的最适温度（30~35℃），不协调的糖化发酵温度将极大地降低SSF效率。解决这一问题的有效办法是选育耐高温的酵母，对于酵母耐热相关基因的研究，可为耐热酵母的选育及遗传改造提供技术支持。

中国科学院成都生物研究所赵海研究团组以筛选到的耐高温高产酵母菌株M206111为研究对象，对高温发酵末期酵母基因芯片的结果进行分析，选出9个表达变化明显且表达产物参与重要的细胞代谢过程的基因，用实时荧光定量PCR（Quantitative Real Time PCR）技术对这9个基因在高温发酵过程中的转录变化情况进行研究，结果表明，40℃发酵6h时，HSP26表达水平相对于30℃时上调166倍。发酵中期时，基因SSA3和SSA4上调22.63和14.06倍，此时HSP26表达倍数仅为上调20.35倍。编码乙醇脱氢酶的ADH4基因和丙酮酸脱羧酶PYK2基因在高温发酵过程中表达呈下调状态，而乙醇生成速率也呈下降趋势，发酵时间较对照延长。固醇合成基因ERG9，HMG1和HMG2在高温发酵过程中均呈下降趋势，发酵末期下调倍数分别为12.5倍，5倍和9.09倍。除了6h下调表达1.8倍外，与多种代谢途径有关PGM1的表达在发酵过程中呈上调趋势。此外，40℃发酵时海藻糖含量较30℃明显提高，最多时达到细胞干重的22%。高温发酵结束后通过温度回复处理发现热激蛋白上调表达程度降低，HSP26仅上调4.27倍，海藻糖含量进一步下降，而下调基因则均呈上调趋势。有研究表明，酵母耐热性的获得与海藻糖积累紧密相关，是多种热激蛋白基因协同作用的结果，在诱导酵母产生耐高温特性时往往也会显示耐乙醇特性，这两种应激机制之间可能存在共同的调控机制。

研究结果对进一步阐明与酵母耐热性相关的机理可为耐高温酵母的培育和改造提供更多的信息，相关研究结果发表在期刊Annals of Microbiology, 2013,4（63）：1433-1440。

（发布：沈兰霞）