摘要
酿酒酵母底盘细胞在木质纤维素木糖利用过程面临两个关键科学问题，一是底盘细胞对木糖的利用效率；二是底盘细胞对抑制剂的耐受性。本研究利用合成生物学技术手段结合组学技术，对上述两个问题内在分子机制进行研究，以期提高酿酒酵母利用木质纤维素木糖。 当酵母从葡萄糖转至木糖培养基时，细胞的生长会出现短暂的停滞，但当细胞再次转至木糖培养基时，细胞生长的停滞时间出现显著的缩短，这一现象称之为木糖消耗记忆（xyloseconsumptionmemory,XCM）。同时发现XCM受到温度的影响，酵母在最适生长温度（30℃）培养时这一现象最为显著，并且该现象不会受到培养基性质的影响。 组蛋白的修饰、染色质的结构、转录因子等都会影响到生物体对环境波动的适应，为进一步探究XCM的机制，本研究对不同时期的细胞进行乙酰化组学检测，探究蛋白乙酰化与XCM可能存在的内在联系。乙酰化组学分析显示组蛋白的H4K5位点与XCM存在显著的关联性，当对H4K5位点进行突变，阻止其乙酰化可以显著的增强XCM，并且发现当敲除与H4K5位点互作的乙酰化酶HPA2后，XCM同样得到增强，再次印证组蛋白H4K5位点在XCM过程发挥重要作用。 为进一步增强木糖利用酿酒酵母对木质纤维素预处理中抑制剂的耐受性，本研究以含4条合成型染色体的酿酒酵母作为底盘细胞，利用SCRaMbLE系统快速进化并筛选获得表型优良菌株yYST167。在含复合抑制剂的木糖培养基中进行发酵实验，yYST167的生长速率是出发菌株的2.16倍。全基因组测序分析发现，yYST167在合成型Ⅱ染色体上出现显著的结构性变异，导致基因YSA1和SUS1的缺失。在出发菌株上分别和组合敲除两个基因，发现两个基因的敲除均会提高底盘细胞对抑制剂耐受性。为进一步探究YSA1、SUS1与抑制剂耐受性关系的内在联系，分析YSA1和SUS1基因的敲除菌株在复合抑制剂存在时的转录组数据。结果显示，SUS1基因敲除使得木糖代谢路径和糖原合成相关基因出现显著上调，为细胞在逆境下的生长和代谢提供更多的碳骨架和能量。另外，海藻糖合成路径上的相关基因的上调，为细胞维持稳定的渗透压提供基础。
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