酵母對(duì)纖維素乙醇生產(chǎn)中的抑制劑響應(yīng)的系統(tǒng)生物學(xué)研究.pdf

1、纖維素預(yù)處理產(chǎn)生的抑制劑和發(fā)酵終產(chǎn)物乙醇對(duì)釀酒酵母的抑制是纖維素乙醇生產(chǎn)中的重要限制因素。增強(qiáng)酵母對(duì)這些抑制性物質(zhì)耐受性是突破限制因素的有效途徑,可以增強(qiáng)酵母在這些抑制劑存在下的乙醇生產(chǎn)能力。本研究利用系統(tǒng)生物技術(shù),針對(duì)代表性的抑制劑(糠醛和醋酸)和乙醇的耐受問題,研究了釀酒酵母在不同系統(tǒng)水平上的響應(yīng)和不同耐受菌株的差異。
　　 利用酵母全基因組表達(dá)譜芯片,研究了釀酒酵母在轉(zhuǎn)錄組水平上對(duì)糠醛和醋酸的響應(yīng)。糠醛的加入導(dǎo)致酵母參與葉

2、酸代謝、精胺和亞精胺合成等重要的相關(guān)基因的表達(dá)下調(diào),氧化脅迫相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄上調(diào)。醋酸的加入使酵母特異性下調(diào)了21個(gè)與線粒體核糖體蛋白相關(guān)基因的表達(dá),表達(dá)顯著上調(diào)的基因豐要涉及多種氨基酸的合成。
　　 利用表達(dá)譜芯片研究了馴化得到的糠醛耐受菌株和醋酸耐受菌株與其原始出發(fā)菌株的轉(zhuǎn)錄組差異。糠醛耐受菌株中,包括細(xì)胞壁合成和細(xì)胞壁相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因的表達(dá)顯著下調(diào),可能導(dǎo)致細(xì)胞壁變薄;另外,導(dǎo)致的細(xì)胞膜層疊的增強(qiáng)HMG1基岡在糠醛耐受菌

3、株中是高表達(dá)的,這些因素可能導(dǎo)致糠醛轉(zhuǎn)化增強(qiáng)從而增強(qiáng)菌株的耐受能力。在醋酸耐受菌株中,參與醋酸誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡過程的與線粒體有關(guān)的基因和細(xì)胞自我吞噬功能相關(guān)的基因明顯低表達(dá)。另外,a型單倍體特異性信息素響應(yīng)通路相關(guān)的基因在醋酸耐受菌株中明顯高表達(dá)。
　　 運(yùn)用表達(dá)譜芯片、GC-TOF/MS和二維凝膠電泳技術(shù)研究具有不同乙醇耐受性的同源單雙倍體菌株在不同乙醇濃度下的轉(zhuǎn)錄組、代謝物組和蛋白組的差異。在轉(zhuǎn)錄水平上發(fā)現(xiàn),乙醇誘導(dǎo)脂類合成調(diào)

4、控相關(guān)基因的表達(dá),涉及脂肪酸鏈長(zhǎng)變化、固醇的攝取、肌醇的合成等,說(shuō)明脂類在乙醇對(duì)細(xì)胞的作用中有重要作用;乙醇還抑制多種氨基酸合成相關(guān)基因,嘌呤合成和一些輔因子代謝相關(guān)基因,這可能是乙醇抑制細(xì)胞生長(zhǎng)和活力的原因;兩個(gè)單倍體低表達(dá)的基因主要涉及電子轉(zhuǎn)運(yùn)、轉(zhuǎn)運(yùn)小泡形成、重金屬離子的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝以及細(xì)胞壁,這可能是單雙倍體菌株乙醇耐受差異形成原因。代謝物圖譜進(jìn)行聚類分析發(fā)現(xiàn):二倍體菌株和alpha型單倍體的代謝相似,而且乙醇的脅迫會(huì)減小不同菌株間