甲硫氨酸合成途径在酿酒酵母硫化氢溢流代谢中的生理机制解析

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硫化氢(H2S)具有臭鸡蛋的气味且嗅觉阈值较低,影响葡萄酒的感官品质。葡萄酒中的H2S主要由酿酒酵母产生,为了能够更好地控制H2S,需要深入了解酿酒酵母的硫代谢及其调控机制。前人的研究结果显示,向培养基中添加甲硫氨酸具有抑制H2S产生的效果,因此,本文以甲硫氨酸作为出发点,以一株具有高产H2S特性的酿酒酵母32y12作为出发菌株,通过过量表达甲硫氨酸合成途径中的关键基因,分析细胞内代谢物变化,据此解析甲硫氨酸合成途径关键基因在酿酒酵母硫代谢中的作用。主要研究结果如下:(1)以酿酒酵母32y12为对象,在不同浓度梯度的甲硫氨酸和天冬氨酸模拟葡萄汁条件下进行酒精发酵。结果显示,添加不同浓度的甲硫氨酸和天冬氨酸对酵母的生长和发酵特性没有产生显著影响。而对H2S产量测定结果显示,外源添加119.7 mg/L和76.8 mg/L甲硫氨酸酿酒酵母32y12的H2S产量从正常情况下的217 ppm降低至2.63 ppm和0.17 ppm,说明外源添加甲硫氨酸能够极显著降低酿酒酵母32y12的H2S产量。(2)以32y12?ura3作为出发菌株,成功构建了甲硫氨酸合成通路上8个关键基因(HOM3/2/6,ACS1/2,MET2/17/6)的过表达菌株。以含有空载pY26质粒的32y12菌株作为对照,检测了过表达菌株的发酵特性和产H2S特性。结果显示,与对照菌株相比MET2、MET17和HOM3过表达菌株表现为极低产或不产H2S,其中对照菌株的H2S产量为217 ppm,MET2、MET17和HOM3过表达菌株的H2S产量分别为0.87 ppm,29 ppm和5.26 ppm;ACS1过表达菌株具有低产H2S的特性,H2S产量为141 ppm;HOM2过表达菌株具有高产H2S的特性且极不稳定,H2S平均产量为324 ppm;MET6、HOM6、ACS2过表达菌株的H2S产量与对照没有差异,H2S产量分别为171 ppm、220 ppm和207ppm。同为编码乙酰辅酶A合成酶的基因,过表达菌株ACS1的H2S产量总是低于ACS2过表达菌株。对过表达菌株酒精发酵获得的模拟酒的理化指标的检测结果证明过表达基因不影响菌株的发酵特性。(3)对具有不产或低产H2S特性的过表达菌株MET2、MET17、HOM3在产H2S初期、旺盛期和末期的细胞内氨基酸代谢物进行测定。结果显示,从H2S产生初期到末期,酿酒酵母细胞内的大部分含硫氨基酸都处于一个不断积累的过程。采用OPLS-DA分析方法对氨基酸代谢物进行分析,发现过表达菌株与对照菌株的氨基酸代谢物水平有明显差异,推测过表达菌株促进硫代谢下游含硫氨基酸的合成可能是导致酵母低产H2S的原因。
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