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。
海洋之神8590vip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。
研究结果进一步阐明了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,相关研究结果发表于Annals of Microbiology, 2013,4(63):1433-1440。
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