纖維素乙醇中釀酒酵母細胞記憶的研究.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到理想的效果。微生物細胞記憶現(xiàn)象報道日益增多，如能發(fā)現(xiàn)釀酒酵母的細胞記憶并了解其分子機制，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)。
　　為揭示釀酒酵母細胞這一細胞記憶現(xiàn)象的相關(guān)分子機制，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胞記憶現(xiàn)象減弱最為嚴重，在90％濃度復(fù)合抑制劑條件下，兩株單敲菌的細胞記憶值分別為0.034和-0.022，遠低于對照菌株BY4742的0.180。而在對應(yīng)單敲菌中過表達這兩個基因時，細胞記憶得以回復(fù)，進一步證實了JHD1和RPH1對釀酒酵母細胞記憶的必要性。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的細胞記憶值只有

4、0.150，遠低于突變前對照菌株的0.521。最終確認了組蛋白H3K36的甲基化修飾是影響細胞記憶現(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重。
　　另外本研究利用釀酒酵母的細胞記憶，將其運用到木質(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