近日，上海交通大學(xué)微生物代謝國家重點實驗室工業(yè)微生物與生物過程工程研究室在《Biosource Technology》上發(fā)表題為“Manipulating cell flocculation-associated protein kinases in Saccharomyces cerevisiae enables improved stress tolerance and efficient cellulosic ethanol production”的研究論文，該研究首次系統(tǒng)揭示了酵母細胞自絮凝對脅迫信號途徑的影響和提高耐性的分子機制。生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士生葉佩良為該論文第一作者，趙心清教授為通訊作者。

 

　　微生物細胞的自絮凝是自然界普遍存在的現(xiàn)象。釀酒酵母細胞自絮凝可以實現(xiàn)反應(yīng)器中的高密度培養(yǎng)，并有利于細胞的低成本自沉降采收。此外，絮凝酵母具有比游離酵母更好的抗逆性，但這種耐受性的提高如何實現(xiàn)目前還不清楚。

 

　　該課題組研究人員對絮凝酵母和敲除了絮凝基因的非絮凝突變體進行分析發(fā)現(xiàn)，在乙酸脅迫條件下，絮凝酵母中大量的蛋白激酶基因轉(zhuǎn)錄、蛋白表達和磷酸化水平與非絮凝細胞相比明顯不同，提示絮凝細胞可能存在不同的脅迫信號傳導(dǎo)途徑。此外，也首次發(fā)現(xiàn)了多個蛋白激酶的不同位點磷酸化修飾的水平在乙酸脅迫條件下受絮凝的影響發(fā)生變化。高滲透壓甘油促有絲分裂原活化蛋白激酶信號傳導(dǎo)途徑（HOG-MAPK）是酵母細胞調(diào)控外界高滲透壓脅迫應(yīng)答的主要途徑，MAPK蛋白激酶（Hog1p）與多種脅迫信號傳導(dǎo)和調(diào)控相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，Hog1p在絮凝細胞中的表達量高于游離細胞，將Hog1p和提高幅度較大的幾個蛋白激酶基因在游離細胞中過表達，發(fā)現(xiàn)Akl1p過表達后其耐性提升效果明顯，在含有乙酸的培養(yǎng)基、模擬抑制劑培養(yǎng)基和玉米芯水解液中，AKL1過表達菌株均有良好的發(fā)酵性能，而且證明Hog1p能與Akl1p等蛋白激酶具有蛋白水平相互作用，并提出了蛋白激酶信號網(wǎng)絡(luò)調(diào)控抗氧化酶表達，進而幫助清除乙酸脅迫產(chǎn)生的活性氧，最終提高細胞發(fā)酵活性的分子機理模型。該研究為深入研究細胞群體形態(tài)影響工業(yè)微生物代謝重塑提供了基礎(chǔ)。

 

　　上海交通大學(xué)微生物代謝國家重點實驗室白鳳武教授團隊多年從事酵母自絮凝和生物煉制相關(guān)研究，研究結(jié)果為定向控制微生物絮凝特征，提高生物煉制效率提供了借鑒。此外，該團隊近年來在微生物代謝工程和合成生物學(xué)改造、真菌產(chǎn)酶調(diào)控、發(fā)酵過程控制，以及木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)的高效轉(zhuǎn)化等研究中取得了一系列進展，為深入利用工業(yè)微生物進行工業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用提供了支持。

 

　　以上工作得到國家重點研發(fā)計劃（No. 2021YFC2101300）和國家自然科學(xué)基金委（No. 21536006）的經(jīng)費資助。

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.126758