上海交大赵心清课题组发表抗逆性增强的酵母菌选育和工业应用相关综述
发布时间 :2024-03-22  阅读次数 :1190

酵母菌是一类单细胞真菌,包括酿酒酵母、毕赤酵母和解脂耶氏酵母等至少2000多个种,其中只有少部分种在食品、酿造、化妆品和化学品等不同产品的生产中进行了应用研究,其他酵母菌种在不断被开发利用。在酵母菌中酿酒酵母最为重要,为模式真菌,也是应用最广泛的酵母菌。利用酵母菌进行工业生产过程中,菌株的发酵活性至关重要,但是酵母细胞在发酵过程中经常受到多种不同化学毒性的逆境胁迫,这些化学胁迫物质包括具有毒性的产物、利用木质纤维素类生物质水解液发酵时底物中的抑制物等。因此,选育对不同化学毒性物质具有良好耐受性的菌株,对于提高发酵效率,降低生产成本,从而提升绿色制造效率非常重要。上海交通大学团队近期在国际知名期刊Current Opinion in Biotechnology发表综述,系统总结了酵母菌对不同化学胁迫抑制剂的响应和抗逆机制,尤其强调了逆境胁迫耐受性的表观遗传学水平调控研究进展(图1)。

      图1 染色质调控因子调控胁迫条件下基因转录示意图

注:染色质重塑和组蛋白修饰酶通过提高DNA的可及性,促进转录因子、TATA结合蛋白、RNA聚合酶II等其他反式作用因子与DNA的结合,调控胁迫响应基因和代谢相关基因的转录。TF,转录因子;TBPTATA结合蛋白;Pol IIRNA聚合酶IISTRE genes,胁迫响应相关基因;MBRE genes,代谢相关基因;HME,组蛋白修饰酶;CR,染色质重塑因子。

上海交通大学赵心清教授和白凤武教授研究团队在前期研究中发现,絮凝工业酵母SPSC01和非絮凝菌株比较,多个蛋白激酶的表达和磷酸化发生变化,并通过过表达关键蛋白激酶Hog1提升了菌株的乙酸耐性(Bioresource Technology, 2022, 348:126758)。后续研究还发现组蛋白甲基转移酶Set5调控Hog1基因转录、蛋白表达和磷酸化(Microbiology Spectrum, 2023, 11(2): e0301122),在研究中还发现Set5过表达能提高染色质重塑因子Ino80以及蛋白激酶Rim15和Hog1的表达量(Journal of Proteome Research, 2024,  doi: 10.1021/acs.jproteome.3c00617),提示了染色质调控因子等表观遗传调控在菌株抗逆性能中的重要作用。近期该团队的研究还发现,染色质重塑因子Ino80过表达通过重塑氮代谢提高酿酒酵母的乙酸胁迫耐受性(Int J Biol Macromol, 2024, 258(Pt 2):129041)。此外,Ino80上游调控元件蛋白激酶Rim15在调节乙酸胁迫耐性过程中,存在不依赖其蛋白激酶活性的调控机理(Antioxidants, 2024, 13:260)。这些系列研究建立了利用染色质重塑调控真菌抗逆性的特色方向,为进一步解析酵母菌在不同胁迫条件下的特异响应及共性响应提供了基础,并选育了高效酵母菌株,用于秸秆类生物质高效转化。

以上综述第一作者为博士生袁冰,赵心清教授为通讯作者,相关研究得到国家重点研发计划 (No. 2022YFE0108500) 国际科技创新合作研究项目和国家自然科学基金资助 (No. 21978168)。