木質纖維素燃料乙醇生產的一個重要瓶頸是生物質預處理過程會產生多種抑制物，它們顯著地阻礙釀酒酵母的生長和后續的發酵過程，限制了乙醇的產量和得率。開發能夠對抑制物進行原位脫毒、具有強抗逆性的發酵菌株是解決該問題的關鍵。一些工業酵母菌株（如Saccharomyces cerevisiae NRRL Y-12632）與實驗室模式菌株相比，具有更好的抑制物耐受性，但其遺傳基礎和分子機理尚不清楚。  

　　近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所單細胞研究中心徐健團隊與美國農業部北部研究中心Zonglin Lewis Liu團隊合作，發現了工業酵母耐受纖維素水解抑制物的關鍵信號轉導通路，相關成果發表于Scientific Reports。  

　　青島能源所周茜、寧康等基于對Y-12632的全基因組解析，發現工業酵母與實驗室菌株相比具有廣泛的基因組差異，且在工業酵母中MAPK和磷脂酰肌醇信號等轉導通路的基因編碼區內的非同義突變和啟動子區域的突變均有顯著富集。在適應5-羥甲基糠醛（HMF，木質纖維素水解過程中產生的主要抑制物之一）的過程中，工業酵母MAPK和磷脂酰肌醇信號等轉導通路上分別有73%和60%的基因在轉錄水平有顯著上調（圖1），且引入這些基因的單基因突變則會造成HMF耐受性顯著降低。因此MAPK和磷脂酰肌醇這兩個信號傳導通路在工業酵母的HMF耐受性中發揮了重要作用。  

　　該工作證明了從工業酵母株出發研究纖維素乙醇合成機制的重要意義，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國家基金委微進化重大研究計劃、青年基金和中科院創新團隊國際合作伙伴計劃的支持。   

　　（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.工業酵母NRRL Y-12632 MAPK 信號轉導通路基因組和轉錄組分析(A)HMF刺激后上調表達基因用紅色表示；含有非同義突變的基因用*表示；(B) HMF 刺激2h基因表達；(C）含20mM HMF 培養基中單基因敲除酵母突變體生長曲線。