上面发酵酵母高级醇代谢网络分析与低产高级醇小麦啤酒工业菌株的选育

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31771969
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C2003.食品微生物学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

In previous study, we found that the genetic diversity of Saccharomyces cerevisiae and the mechanism of gene regulation of higher alcohols metabolism is not clear, resulting in gene transformation of industrial strains of Saccharomyces cerevisiae genome according to the standard, often failed to achieve the desired results, and sometimes even contrary results. During the fermentation of wheat beer the top-fermenting yeast Saccharomyces cerevisiae performs a high yield of higher alcohols, moreover, there are some troubles in the control of the production of higher alcohols in the top-fermenting yeast S. cerevisiae. Thus, understanding metabolic mechanism of higher alcohols in S. cerevisiae and breeding of excellent strains are therefore of great importance to both academic and industrial research. In this study, metabonomics combined with transcriptomics will be used to identify the differentially expressed genes in the metabolism of higher alcohols under different fermentation conditions. Construction of differential expressed gene mutations, analysis of the changes of mutant metabolic properties, combined with higher alcohols metabolism in KEGG in the analysis of top-fermenting yeast higher alcohols metabolic regulation mechanism, determine the main functional genes that affect the production of higher alcohols. In order to construct industrial S. cerevisiae strain without the presence of heterologous DNA, markerless deletion method of genes and gene seamless insertion technique will be used to control and optimize the metabolic network of higher alcohols in top-fermenting yeast. This step results in the less higher alcohols of the excellent industrial S. cerevisiae strains, as well as will provide coordinated change of a ratio of esters and higher alcohols and improve the quality of wheat beer. The trace metabolic regulation and breeding technology system of the higher alcohols produced by top-fermenting yeast industrial strains will be also established. This research can provides theoretical basis for the regulation of the trace amounts of metabolites produced by top-fermenting yeast industrial strains, and also will be of great importance in enhancing the production technology level and the international competitiveness of our country's alcoholic beverage industry.
课题组前期研究表明,由于酿酒酵母工业菌株的遗传多样性及高级醇代谢调控机理不明确等问题,导致按照酿酒酵母基因图谱对工业菌株进行基因改造时,往往达不到预期效果。本课题针对上面发酵酵母酿造小麦啤酒过程中高级醇类物质含量过高的问题,拟利用代谢组学与转录组学相结合的方式,研究上面发酵酵母不同发酵工艺条件下高级醇类物质生成量及代谢相关基因转录水平的变化,探明引起高级醇类物质代谢变化的差异基因;构建高级醇代谢表达差异基因突变株,分析突变株代谢性能的变化,结合已有的高级醇类物质代谢途径,解析上面发酵酵母高级醇代谢调控机理,确定影响上面发酵酵母高级醇生成的主要功能基因;采用基因无痕敲除技术及基因启动子无缝插入技术等,对影响高级醇代谢的主要功能基因进行改造,构建适量低产高级醇的上面发酵酵母工业菌株。研究结果将完善上面发酵酵母高级醇代谢调控机理,对提高我国酿酒工业的生产技术水平和国际竞争力具有重要意义。

结项摘要

小麦啤酒是以小麦芽或未发芽的小麦作为主要原料生产的一类啤酒,国际上,一般要求小麦芽用量占原料总量50%以上才称为小麦啤酒。目前,国内外生产啤酒所使用的原料主要是大麦麦芽,而我国国产大麦的产量远远满足不了国内啤酒工业发展的需要,近七成要从国外进口。同时,我国又是小麦产量最多的国家,如何使用小麦麦芽生产啤酒,充分利用我国丰富的小麦资源,开发高品质、个性化的啤酒产品,带动农业现代化的发展,增加农产品的附加值,是当前啤酒工业需要解决的重要课题。我国啤酒企业自上世纪 80 年代就已经开始试制小麦啤酒,但多年来小麦啤酒在消费者中的认知度并不高,发展缓慢,小麦啤酒高级醇含量高,饮后会产生口渴、头痛等症状,不利于饮用者的身体健康,严重影响了小麦啤酒的发展。针对上面发酵酵母酿造小麦啤酒过程中高级醇类物质含量过高的问题,本项目利用代谢组学与转录组学相结合的方式,研究了上面发酵酵母不同发酵工艺条件下高级醇类物质生成量及代谢相关基因转录水平的变化,探明了引起高级醇类物质代谢变化的差异基因;成功构建高级醇代谢表达差异基因突变株,通过分析突变株代谢性能的变化,结合已有的高级醇类物质代谢途径,解析了上面发酵酵母高级醇代谢调控机理,最终确定了影响上面发酵酵母高级醇生成的主要功能基因。成功采用基因无痕敲除技术及基因启动子无缝插入技术等,对影响高级醇代谢的主要功能基因进行改造,构建了适量低产高级醇的上面发酵酵母工业菌株,研究结果完善了上面发酵酵母高级醇代谢调控机理。另外,本项目中对不同α-氨基氮浓度发酵条件下的酿酒酵母进行了转录组学和代谢组学分析,解析了酿酒酵母高级醇代谢调控机理,确定了α-氨基氮对酿酒酵母高级醇代谢的调控机制,本项目的研究成果对提高我国酿酒工业的生产技术水平和国际竞争力具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
Identification by comparative transcriptomics of core regulatory genes for higher alcohol production in a top-fermenting yeast at different temperatures in beer fermentation
通过比较转录组学鉴定啤酒发酵中不同温度下顶部发酵酵母中较高酒精产量的核心调控基因
  • DOI:
    10.1007/s00253-019-09807-x
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    Applied Microbiology and Biotechnology
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Sun Zhong-Guan;Wang Meng-Qi;Wang Ya-Ping;Xing Shuang;Hong Kun-Qiang;Chen Ye-Fu;Guo Xue-Wu;Xiao Dong-Guang
  • 通讯作者:
    Xiao Dong-Guang
Identification of Core Regulatory Genes and Metabolic Pathways for the n-Propanol Synthesis in Saccharomyces cerevisiae
酿酒酵母正丙醇合成核心调控基因和代谢途径的鉴定
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.0c06810
  • 发表时间:
    2021-01-27
  • 期刊:
    JOURNAL OF AGRICULTURAL AND FOOD CHEMISTRY
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Wang,Ya-Ping;Sun,Zhong-guan;Xiao,Dong-Guang
  • 通讯作者:
    Xiao,Dong-Guang
酿酒酵母高级醇代谢研究进展
  • DOI:
    10.13345/j.cjb.200302
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    生物工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙中贯;刘琳;王亚平;王雪山;肖冬光
  • 通讯作者:
    肖冬光
Effect of the Deletion of Genes Related to Amino Acid Metabolism on the Production of Higher Alcohols by Saccharomyces cerevisiae.
氨基酸代谢相关基因缺失对酿酒酵母生产高级醇的影响
  • DOI:
    10.1155/2020/6802512
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    BioMed research international
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang YP;Wei XQ;Guo XW;Xiao DG
  • 通讯作者:
    Xiao DG
高温高浓发酵工业啤酒酵母菌种的构建
  • DOI:
    10.13345/j.cjb.180310
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    生物工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙中贯;周波;王孟祺;王亚平;邢爽;郭学武;肖冬光
  • 通讯作者:
    肖冬光

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其他文献

一种新型产乙酸乙酯酿酒酵母菌株的构建
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国酿造
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任津莹;马艳蕊;刘 港;陈叶福;肖冬光
  • 通讯作者:
    肖冬光
酵母蛋白酶A活性中心突变对蛋白酶A酶活力及菌株生长情况的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    酿酒科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    卢君;吴德光;陈叶福;肖冬光
  • 通讯作者:
    肖冬光
硫酸二乙酯化学诱变选育高核糖核酸酿酒酵母及培养基组成优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国酿造
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    倪晓丰;赵宾;王东旭;彭伟林;陈叶福;肖冬光;郭学武
  • 通讯作者:
    郭学武
利用全局转录调控工程提高菌株耐受性研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    天津科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭学武;张玉;陈叶福;肖冬光
  • 通讯作者:
    肖冬光
脂肪酸酰基辅酶 A 合成酶对酿酒酵母己酸乙酯合成的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    天津科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何亚辉;马艳蕊;薛星祥;杜永静;陈叶福;郭学武;肖冬光
  • 通讯作者:
    肖冬光

其他文献

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肖冬光的其他基金

酿酒酵母酯醇代谢机理的研究与工业菌种的定向改造
  • 批准号:
    31471724
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    86.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
面包酵母海藻糖代谢机制与耐冷冻机理的研究
  • 批准号:
    31171730
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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