天津工生所揭示與工業酵母高溫發酵性能相關的遺傳變異

　　釀酒酵母作為一種重要的工業生物，不僅被廣泛用于傳統食品發酵工業，也是合成生物學和現代發酵工業最常用的底盤細胞之一，用于生物燃料、大宗化學品、天然化合物、醫藥原料等多元化產品的研發，具有巨大的市場潛力和社會經濟效益。釀酒酵母細胞生長需要合適的溫度，溫度的變化將導致細胞生長和繁殖速度的改變以及細胞酶活性的變化，進而影響產品質量和產量。高溫發酵可以降低成本，節約能耗，縮短發酵周期，提高生產效率。因此，提高現有工業酵母菌種的高溫發酵性能是提升生產效能的關鍵。然而，高溫發酵性能是由多基因控制的復雜數量性狀，目前對其遺傳基礎的認識仍然有限，制約了耐高溫菌種的理性改造和開發。

　　近日，中國科學院天津工業生物技術研究所研究員王欽宏帶領的進化與代謝工程研究團隊基于孢子池全基因組測序（pooled-segregant whole genome sequencing）和數量性狀基因座（QTL）定位策略高效挖掘了與工業酵母高溫發酵性能相關的遺傳變異，揭示了海藻糖積累和膜流動性降低有利于工業酵母的高溫發酵性能的分子基礎，為改造和選育適用于高溫濃醪發酵的工業酵母菌種提供了理論依據。研究人員從124株釀酒酵母菌株中篩選到一株耐熱的工業菌株和一株溫敏的自然界菌株作為親本，經雜交和孢子分離并評價表型后得到優勢、劣勢和隨機三個孢子池，進行孢子池全基因組測序和QTL定位分析，然后通過半合子分析（reciprocal hemizygosity analysis，RHA）和等位基因替換的遺傳手段，鎖定并驗證了在4個QTL上的8個與酵母高溫發酵性能相關的成因基因（causative gene）和SNP變異。其中，VPS34、VID24和DAP1的耐熱親本等位基因是對高溫發酵性能有益的遺傳基礎，并且通過增加海藻糖積累或是降低膜流動性加強高溫脅迫條件下細胞膜的保護屏障作用。另外，RXT2、ECM22、CSC1、IRA2和AVO1的雜合性丟失（loss of heterozygosity，LOH）對酵母高溫發酵性能有積極作用。這項工作揭示了與高溫發酵性能密切相關的8個新的成因基因和SNP突變。在這些基因中，VPS34和DAP1將是改善工業酵母高溫發酵性能的良好靶標。另外，成因基因雜合性的喪失可能有助于提高酵母高溫發酵能力。該項研究將為開發更具有魯棒性、更耐熱的乙醇工業生產菌株提供指導。