[00138499]基于转录组学的氯化钠胁迫提高库德毕赤酵母高温耐性的主要机理研究

1. 课题来源：课题类型：广州市科技计划项目一般项目课题来源单位：广州市科学技术局课题名称：基于转录组学的氯化钠胁迫提高库德毕赤酵母高温耐性的主要机理研究课题编号：201707010300课题经费：20.00万元 2. 课题背景：发酵食品是一类利用微生物作用赋予食品营养与独特风味并可延长食品保存期的加工食品,在中国有着悠久的历史和丰富的内涵,是我国食品行业的特色产业之一。酵母菌是发酵食品中最常用的微生物之一,其酒精发酵作用在白酒、啤酒、黄酒、葡萄酒、食醋等发酵食品的酿造过程中发挥着重要功能。传统酵母菌对酒精发酵的温度要求较高,其最适发酵温度为28-33℃,一般不超过36℃,然而发酵过程中不断释放的热量会造成发酵体系温度升高,使酵母菌活性降低,最终导致酒精产量下降。为控制发酵温度,需引入冷却设备,产生大量水耗和电耗,额外增加了发酵成本。采用耐高温酵母菌发酵生产酒精,不仅可以节约能源,提高酒精产量,缩短发酵周期,而且能够适应糖化所需的高温,实现糖化和发酵的同步进行,简化了生产工艺,此外,采用耐高温酵母菌还能够减少发酵过程中杂菌的污染。因此,如何提高酵母菌的高温耐性已成为当前国内外发酵食品行业研究的热点。 3. 研究目的与意义：本研究着眼于耐高温酵母菌在发酵食品行业中广阔的应用前景,以多耐性库德毕赤酵母为研究对象,系统研究氯化钠胁迫对库德毕赤酵母高温胁迫的交互保护作用,利用转录组学分析技术解析氯化钠胁迫对库德毕赤酵母高温胁迫基因表达的影响,筛选氯化钠胁迫对其高温胁迫保护的关键基因,并通过SYBR Green qRT-PCR、基因过表达等分子生物学技术对关键基因的表达量和生物学功能进行验证,阐释氯化钠胁迫对库德毕赤酵母高温胁迫保护的分子机制。本研究对于耐高温基因的筛选、耐高温酵母菌的基因工程改造以及耐高温酵母菌在发酵食品行业的应用具有重要意义。 4. 主要论点与论据：研究发现,氯化钠胁迫能够明显提高库德毕赤酵母的高温耐性和高温酒精发酵能力。其他无机盐胁迫同样能显著提高库德毕赤酵母的高温耐性和高温酒精发酵能力,其中,氯化钾对库德毕赤酵母高温耐性提高的作用最大,氯化镁对库德毕赤酵母高温酒精发酵能力提高的作用最大。RNA-Seq和SYBR Green qRT-PCR分析显示,氯化钠胁迫能够显著提高热应激蛋白基因、抗氧化物酶相关基因、谷胱甘肽合成与代谢相关基因的表达量,对于提高库德毕赤酵母的高温耐性可能发挥着重要作用。HSP12基因过表达能够显著提高库德毕赤酵母高温耐性和高温酒精发酵能力。氯化钠胁迫同样能够显著提高库德毕赤酵母的镉抗性,主要通过抑制细胞内镉吸收、促进细胞内镉配合和解毒、降低镉诱导的氧化损伤来发挥作用。 5. 创见与创新：首次发现氯化钠及其他无机盐胁迫对库德毕赤酵母高温胁迫的保护作用;利用RNA-Seq、SYBR Green qRT-PCR、基因过表达等分子生物学方法揭示了氯化钠胁迫对库德毕赤酵母高温胁迫保护的分子机制。 6. 社会经济效益：本课题通过盐胁迫的交互保护作用提高了酵母的高温耐性,筛选了关键的高温耐性保护基因,利用基因过表达技术获得了耐高温菌株并且显著提高了菌株高温发酵能力。本研究成果不仅为酵母菌高温耐性的提高提供新的思路,也为耐高温酵母菌的基因工程改造提供技术基础,同时还为其他耐性微生物交互保护的研究提供参考,对于库德毕赤酵母的工业化应用和发酵食品行业的发展具有一定的推动作用,具有显著的社会和经济效益。 7. 历年获奖情况：项目研究过程中,共计发表SCI收录论文3篇;申请国家发明专利2项,其中授权国家发明专利1项。