[發明專利]MAL33基因缺失在提高釀酒酵母對木質纖維素水解液抑制物耐受性中的應用

有效

• 申請號: 202111361848.3
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN113980993B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 徐麗麗;鮑曉明;袁嬡;夏天晴;王赟;韋方卿;李在祿
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C12N15/81
• 分類號: C12N15/81;C12N15/31;C12P7/06;C12N1/19;C12R1/865
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

本發明涉及MAL33基因缺失在提高釀酒酵母對木質纖維素水解液抑制物耐受性中的應用，屬于生物工程領域。本發明提供了一株MAL33基因缺失的釀酒酵母菌株，對乙酸耐受性大幅度提高；對木質纖維素水解液中其它典型抑制物和H₂O₂的耐受性也有提高；在3.5 g/L乙酸的葡萄糖木糖培養基（YPDX）中的延滯期縮短了24 h，葡萄糖和木糖共利用產乙醇的發酵周期縮短了20 h；在含有混合抑制物的葡萄糖木糖培養基（YPDX）中的生長、葡萄糖和木糖共發酵產乙醇情況均優于對照菌株；為提高釀酒酵母對木質纖維素水解液中的抑制物耐受性提供了方法，為克服二代燃料乙醇生產中技術瓶頸提供了理論依據。

技術領域

本發明涉及MAL33基因缺失在提高釀酒酵母對木質纖維素水解液抑制物耐受性中的應用，屬于生物工程領域。

背景技術

近年來，利用豐富、廉價的木質纖維素原料（如農業廢棄物、林業廢棄物等）生產的二代燃料乙醇有望替代不可再生的化石能源，可以緩解當前世界的能源危機，減少環境污染，受到各國的廣泛關注。木質纖維素原料經過預處理、酶解等過程釋放可被釀酒酵母等微生物利用的六碳糖和五碳糖等糖分，還產生了各種抑制物，包括弱酸類、呋喃類和酚類化合物。

弱酸類主要包括甲酸、乙酸和乙酰丙酸，乙酸是木質纖維素預處理液中的典型抑制物，乙酸含量最高，預處理手段不同，乙酸濃度也不同，大致濃度范圍在1-10 g/L之間，乙酸對細胞產生不利影響：（1）引起DNA損傷，導致DNA和RNA合成速率以及代謝活性降低；（2）為維持正常的生長環境，通過水解ATP獲得足夠能量驅動質子泵，從而排出胞內大量積累的H⁺，這個過程會消耗大量ATP，用于細胞代謝的ATP就會供應不足，從而導致細胞活性降低，并最終影響微生物的發酵過程；（3）容易引起ROS積累，導致細胞程序性死亡；（4）還會影響膜結構，抑制胞內翻譯。

呋喃類抑制物主要是糠醛和HMF，濃度一般在0-5 g/L之間。HMF對參與糖酵解和三羧酸循環等其他代謝過程中的酶（如乙醇脫氫酶、乙醛脫氫酶和丙酮酸脫氫酶等）產生抑制，降低發酵過程中葡萄糖和木糖的轉化率；釀酒酵母將呋喃類抑制物轉化為相應的醇化合物過程中消耗大量的輔酶，容易造成胞內氧化還原的失衡，導致細胞產生ATP的能力降低；糠醛能夠誘導釀酒酵母中活性氧ROS 的積累，引發細胞程序性死亡，降低乙醇得率。

酚類化合物主要由木質素在高溫酸解等預處理過程中分解產生，它們通常是含苯環的芳香族化合物。酚類抑制物通過破壞細胞膜的完整性和線粒體膜的電化學梯度，進而影響細胞膜的選擇性和通透性。因此，提高釀酒酵母對木質纖維素水解液中的抑制物耐受性對于二代燃料乙醇的發展和應用至關重要。

MAL33基因參與麥芽糖代謝，是調節麥芽糖通透酶基因MAL31和麥芽糖酶基因MAL32表達的轉錄因子，在提高釀酒酵母對乙酸和H₂O₂耐受性方面的尚無報道，也沒有關于該基因提高釀酒酵母對木質纖維素水解液抑制物耐受性的相關報道。

發明內容

利用木質纖維素原料生產二代燃料乙醇過程中，存在釀酒酵母對木質纖維素水解液中的抑制物耐受性較低的問題，本發明提供了MAL33基因缺失在提高釀酒酵母對木質纖維素水解液抑制物的耐受性中的應用。

本發明的技術方案如下：

MAL33基因缺失對木質纖維素水解液抑制物的耐受性中的應用，所述的MAL33基因核苷酸序列如SEQ ID NO. 1所示。