成都生物所酵母耐熱基因研究獲進展

　　第二代燃料乙醇具有清潔、原料來源廣泛、可再生等諸多優點，有望替代傳統化石能源的使用，緩解當前人類社會面臨的日趨嚴重的能源危機及環境污染等問題，成為目前各國研究的熱點。木質纖維素原料的高效、低成本酶解是纖維素乙醇能否實現產業化的關鍵之一。目前廣泛使用的同步糖化發酵方式(SSF)，能使糖化和發酵在時間和空間上同時進行，可降低底物單糖對纖維素酶的反饋抑制作用，提高酶解率進而提高終產物得率，SSF具有工藝簡單、能耗低、發酵時間短等優點。然而制約SSF最大的問題是纖維素酶最適作用溫度(50℃)明顯高于乙醇發酵的最適溫度(30~35℃)，不協調的糖化發酵溫度將極大地降低SSF效率。解決這一問題的有效辦法是選育耐高溫的酵母，對于酵母耐熱相關基因的研究，可為耐熱酵母的選育及遺傳改造提供技術支持。

　　中國科學院成都生物研究所趙海研究團組以篩選到的耐高溫高產酵母菌株M206111為研究對象，對高溫發酵末期酵母基因芯片的結果進行分析，選出9個表達變化明顯且表達產物參與重要的細胞代謝過程的基因，用實時熒光定量PCR(Quantitative Real Time PCR)技術對這9個基因在高溫發酵過程中的轉錄變化情況進行研究，結果表明，40℃發酵6h時，HSP26表達水平相對于30℃時上調166倍。發酵中期時，基因SSA3和SSA4上調22.63和14.06倍，此時HSP26表達倍數僅為上調20.35倍。編碼乙醇脫氫酶的ADH4基因和丙酮酸脫羧酶PYK2基因在高溫發酵過程中表達呈下調狀態，而乙醇生成速率也呈下降趨勢，發酵時間較對照延長。固醇合成基因ERG9，HMG1和HMG2在高溫發酵過程中均呈下降趨勢，發酵末期下調倍數分別為12.5倍、5倍和9.09倍。除了6h下調表達1.8倍外，與多種代謝途徑有關PGM1的表達在發酵過程中呈上調趨勢。此外，40℃發酵時海藻糖含量較30℃明顯提高，最多時達到細胞干重的22%。高溫發酵結束后通過溫度回復處理發現熱激蛋白上調表達程度降低，HSP26僅上調4.27倍，海藻糖含量進一步下降，而下調基因則均呈上調趨勢。有研究表明，酵母耐熱性的獲得與海藻糖積累緊密相關，是多種熱激蛋白基因協同作用的結果，在誘導酵母產生耐高溫特性時往往也會顯示耐乙醇特性，這兩種應激機制之間可能存在共同的調控機制。

　　研究結果進一步闡明了與酵母耐熱性相關的機理，可為耐高溫酵母的培育和改造提供更多的信息，相關研究結果發表于Annals of Microbiology, 2013,4(63)：1433-1440。