近日，上海交通大學(xué)微生物代謝國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(xì)胞自絮凝對(duì)脅迫信號(hào)途徑的影響和提高耐性的分子機(jī)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(xì)胞的自絮凝是自然界普遍存在的現(xiàn)象。釀酒酵母細(xì)胞自絮凝可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器中的高密度培養(yǎng)，并有利于細(xì)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(shí)現(xiàn)目前還不清楚。

 

　　該課題組研究人員對(duì)絮凝酵母和敲除了絮凝基因的非絮凝突變體進(jìn)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(dá)和磷酸化水平與非絮凝細(xì)胞相比明顯不同，提示絮凝細(xì)胞可能存在不同的脅迫信號(hào)傳導(dǎo)途徑。此外，也首次發(fā)現(xiàn)了多個(gè)蛋白激酶的不同位點(diǎn)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(hào)傳導(dǎo)途徑（HOG-MAPK）是酵母細(xì)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(hào)傳導(dǎo)和調(diào)控相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，Hog1p在絮凝細(xì)胞中的表達(dá)量高于游離細(xì)胞，將Hog1p和提高幅度較大的幾個(gè)蛋白激酶基因在游離細(xì)胞中過表達(dá)，發(fā)現(xiàn)Akl1p過表達(dá)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(dá)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(hào)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控抗氧化酶表達(dá)，進(jìn)而幫助清除乙酸脅迫產(chǎn)生的活性氧，最終提高細(xì)胞發(fā)酵活性的分子機(jī)理模型。該研究為深入研究細(xì)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室白鳳武教授團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(jìn)展，為深入利用工業(yè)微生物進(jìn)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（No. 2021YFC2101300）和國家自然科學(xué)基金委（No. 21536006）的經(jīng)費(fèi)資助。

 

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