纖維素乙醇中釀酒酵母細(xì)胞記憶的研究.pdf

1、木質(zhì)纖維素預(yù)處理過程中產(chǎn)生的毒性化合物對酵母細(xì)胞的抑制作用以及釀酒酵母木糖利用能力的低下是纖維素乙醇工業(yè)化生產(chǎn)過程中所面臨的兩個主要瓶頸。然而由于釀酒酵母自身代謝通路的復(fù)雜性，很難通過單基因的分子改造達(dá)到理想的效果。微生物細(xì)胞記憶現(xiàn)象報道日益增多，如能發(fā)現(xiàn)釀酒酵母的細(xì)胞記憶并了解其分子機(jī)制，更好地利用其自身的適應(yīng)能力顯得尤為重要。
　　本研究首先將釀酒酵母菌株BY4742在含有抑制劑培養(yǎng)基中傳代培養(yǎng)時，菌株生長延滯期由第一輪的20

2、h縮短至10h，而當(dāng)菌株在不含抑制劑的培養(yǎng)基中傳代過后，其對抑制劑的耐受能力又恢復(fù)到最初水平。同樣，釀酒酵母對木糖也具有細(xì)胞記憶現(xiàn)象，隨著在葡萄糖培養(yǎng)基傳代次數(shù)的增多木糖利用能力逐漸退化，而接種到木糖培養(yǎng)基傳代時，木糖利用能力又迅速恢復(fù)。
　　為揭示釀酒酵母細(xì)胞這一細(xì)胞記憶現(xiàn)象的相關(guān)分子機(jī)制，本研究從組蛋白修飾角度出發(fā)，分析了其對釀酒酵母細(xì)胞記憶的影響。通過對組蛋白修飾相關(guān)基因的單敲菌株進(jìn)行篩選時發(fā)現(xiàn)，兩個與組蛋白去甲基化修飾相關(guān)

3、的基因：JHD1和RPH1的敲除造成釀酒酵母的細(xì)胞記憶現(xiàn)象減弱最為嚴(yán)重，在90％濃度復(fù)合抑制劑條件下，兩株單敲菌的細(xì)胞記憶值分別為0.034和-0.022，遠(yuǎn)低于對照菌株BY4742的0.180。而在對應(yīng)單敲菌中過表達(dá)這兩個基因時，細(xì)胞記憶得以回復(fù)，進(jìn)一步證實了JHD1和RPH1對釀酒酵母細(xì)胞記憶的必要性。最后對這兩個基因所作用組修飾位點H3K9，H3K36進(jìn)行定點突變后發(fā)現(xiàn)，在80%復(fù)合抑制劑濃度下，突變株H3K36Q的細(xì)胞記憶值只有

4、0.150，遠(yuǎn)低于突變前對照菌株的0.521。最終確認(rèn)了組蛋白H3K36的甲基化修飾是影響細(xì)胞記憶現(xiàn)象的一種重要修飾方式。同時，當(dāng)對組蛋白修飾基因單敲菌株導(dǎo)入木糖代謝路徑質(zhì)粒時，發(fā)現(xiàn)與組蛋白乙?；揎椣嚓P(guān)基因的敲除造成木糖記憶減弱最為嚴(yán)重。
　　另外本研究利用釀酒酵母的細(xì)胞記憶，將其運(yùn)用到木質(zhì)纖維素分步糖化發(fā)酵產(chǎn)乙醇過程中，用預(yù)處理過后的玉米秸稈水洗液對菌株進(jìn)行短期馴化過后，與未經(jīng)短期馴化的菌株相比，菌株糖耗速率加快，發(fā)酵72h乙