影響啤酒酵母絮凝性的環(huán)境因素和關(guān)鍵基因方面取得重要進(jìn)展

【黃河啤酒官方網(wǎng)站】近期，江南大學(xué)生物工程學(xué)院李崎教授團(tuán)隊(duì)在影響啤酒酵母絮凝性的環(huán)境因素和關(guān)鍵基因方面取得重要進(jìn)展，研究成果“Effect of environmental stresses during fermentation on brewing yeast and exploration on the novel flocculation-associated function of RIM15 gene”正式發(fā)表于Bioresource Technology (IF = 11.4))。 (https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.129004)

酵母絮凝對(duì)啤酒工業(yè)生產(chǎn)有重要的影響，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)菌株的回用，大大節(jié)約通過(guò)離心或過(guò)濾回收酵母所需要的能耗成本。絮凝是酵母細(xì)胞與細(xì)胞之間依賴(lài)于鈣離子、無(wú)性、可逆的聚集成團(tuán)的現(xiàn)象。絮凝過(guò)弱，會(huì)造成啤酒過(guò)濾困難，影響啤酒的澄清度。因此，研究酵母絮凝，實(shí)現(xiàn)良好、可控的絮凝性對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有重要意義。在發(fā)酵過(guò)程中，酵母細(xì)胞會(huì)受到持續(xù)的環(huán)境脅迫，探究影響酵母絮凝的關(guān)鍵環(huán)境脅迫因素有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)絮凝的調(diào)控。挖掘調(diào)控關(guān)鍵絮凝基因的核心調(diào)控基因，探索調(diào)控通路，能為啤酒酵母絮凝調(diào)控機(jī)理的研究提供理論基礎(chǔ)。

李崎教授團(tuán)隊(duì)在該研究中，對(duì)一株工業(yè)拉格啤酒酵母G03及其絮凝增強(qiáng)突變菌株G03-24進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組比較分析，從GO和KEGG分析富集到與脅迫刺激相關(guān)的差異基因和通路。在發(fā)酵過(guò)程中，可發(fā)酵的碳源、氮源等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)被迅速利用，乙醇濃度增加，有機(jī)酸分泌，二氧化碳產(chǎn)生，發(fā)酵液的PH下降，滲透壓增加，尤其到了發(fā)酵中后期，酵母細(xì)胞受到的環(huán)境壓力將越來(lái)越大。為了探究發(fā)酵過(guò)程中影響酵母絮凝性的關(guān)鍵脅迫因素，分別模擬酵母細(xì)胞在發(fā)酵過(guò)程中遇到的脅迫因素，觀(guān)察絮凝情況。該研究發(fā)現(xiàn)在氮饑餓和氨基酸饑餓條件下，在絮凝顯示緩沖液中的酵母細(xì)胞出現(xiàn)了明顯的絮凝現(xiàn)象，且F值和Lg-FLO1基因表達(dá)水平均較高，差異顯著，說(shuō)明氮饑餓和氨基酸饑餓是影響絮凝最顯著的環(huán)境脅迫。該研究通過(guò)對(duì)G03與G03-24的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行GSEA富集分析，在線(xiàn)粒體自噬和壽命調(diào)節(jié)途徑富集到了TOR1 與 RIM15兩個(gè)核心基因，其中RIM15 是 TOR 途徑的主要氮信號(hào)下游效應(yīng)分子。在G03中敲除和過(guò)表達(dá)RIM15發(fā)現(xiàn)能顯著影響酵母的絮凝結(jié)塊現(xiàn)象，敲除RIM15，絮凝值值減弱，Lg-FLO1表達(dá)水平顯著下調(diào)；過(guò)表達(dá)RIM15，絮凝值增強(qiáng)，Lg-FLO1表達(dá)量水平顯著上調(diào)。添加雷帕霉素刺激并測(cè)定絮凝值和Lg-FLO1的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)絮凝值值和Lg-FLO1表達(dá)量均上調(diào)，說(shuō)明在發(fā)酵過(guò)程，隨著可利用氮含量的下降，RIM15被激活，并通過(guò)某種途徑促進(jìn)Lg-FLO1的表達(dá)，從而增強(qiáng)絮凝。

李崎教授為論文的通訊作者，我校2021級(jí)博士生侯丹為第一作者。上述研究得到了江南大學(xué)教育部工業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（KLIB-KF202105）的資助。

近年來(lái)李崎教授團(tuán)隊(duì)在釀造原料研究、釀造微生物新功能研究及傳統(tǒng)發(fā)酵食品生產(chǎn)用功能微生物的改良方面取得豐碩成果，相關(guān)研究成果已發(fā)表在Applied and Environmental Microbiology (2023，2020)、Food Bioscience (2023，2022)、Food Chemistry (2022)、Foods (2022)、LWT-Food Science and Technology (2023，2022)等本領(lǐng)域權(quán)威期刊。