木質(zhì)纖維素燃料乙醇生產(chǎn)的一個(gè)重要瓶頸是生物質(zhì)預(yù)處理過(guò)程會(huì)產(chǎn)生多種抑制物，它們顯著地阻礙釀酒酵母的生長(zhǎng)和后續(xù)的發(fā)酵過(guò)程，限制了乙醇的產(chǎn)量和得率。開(kāi)發(fā)能夠?qū)σ种莆镞M(jìn)行原位脫毒、具有強(qiáng)抗逆性的發(fā)酵菌株是解決該問(wèn)題的關(guān)鍵。一些工業(yè)酵母菌株（如Saccharomyces cerevisiae NRRL Y-12632）與實(shí)驗(yàn)室模式菌株相比，具有更好的抑制物耐受性，但其遺傳基礎(chǔ)和分子機(jī)理尚不清楚。
近日，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所單細(xì)胞研究中心徐健團(tuán)隊(duì)與美國(guó)農(nóng)業(yè)部北部研究中心Zonglin Lewis Liu團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)了工業(yè)酵母耐受纖維素水解抑制物的關(guān)鍵信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，相關(guān)成果發(fā)表于Scientific Reports。
青島能源所周茜、寧康等基于對(duì)Y-12632的全基因組解析，發(fā)現(xiàn)工業(yè)酵母與實(shí)驗(yàn)室菌株相比具有廣泛的基因組差異，且在工業(yè)酵母中MAPK和磷脂酰肌醇信號(hào)等轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的基因編碼區(qū)內(nèi)的非同義突變和啟動(dòng)子區(qū)域的突變均有顯著富集。在適應(yīng)5-羥甲基糠醛（HMF，木質(zhì)纖維素水解過(guò)程中產(chǎn)生的主要抑制物之一）的過(guò)程中，工業(yè)酵母MAPK和磷脂酰肌醇信號(hào)等轉(zhuǎn)導(dǎo)通路上分別有73%和60%的基因在轉(zhuǎn)錄水平有顯著上調(diào)（圖1），且引入這些基因的單基因突變則會(huì)造成HMF耐受性顯著降低。因此MAPK和磷脂酰肌醇這兩個(gè)信號(hào)傳導(dǎo)通路在工業(yè)酵母的HMF耐受性中發(fā)揮了重要作用。
該工作證明了從工業(yè)酵母株出發(fā)研究纖維素乙醇合成機(jī)制的重要意義，并為燃料乙醇酵母耐受性的理性改造提供了新思路。
上述研究獲得了中國(guó)國(guó)家基金委微進(jìn)化重大研究計(jì)劃、青年基金和中科院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)國(guó)際合作伙伴計(jì)劃的支持。
（生物能源所供稿）
原文鏈接：
Zhou, Q., Liu, Z. L., Ning, K., Wang, A., Zeng, X. and Xu, J.（2014）Genomic and transcriptome analyses reveal that MAPK- and phosphatidylinositol-signaling pathways mediate tolerance to 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde for industrial yeast Saccharomyces cerevisiae. Scientific Reports, 4: 6556。
http://www.nature.com/srep/2014/141009/srep06556/full/srep06556.html
圖1.工業(yè)酵母NRRL Y-12632 MAPK 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路基因組和轉(zhuǎn)錄組分析(A)HMF刺激后上調(diào)表達(dá)基因用紅色表示；含有非同義突變的基因用*表示；(B) HMF 刺激2h基因表達(dá)；(C）含20mM HMF 培養(yǎng)基中單基因敲除酵母突變體生長(zhǎng)曲線。
