酿酒酵母酯醇代谢机理的研究与工业菌种的定向改造

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31471724
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    86.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C2003.食品微生物学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Ester and higher alcohol play a key role in the sensorial quality of fermented alcoholic beverages like wine, beer and sake. During fermentation the yeast Saccharomyces cerevisiae produces very little esters and performs a high yield of higher alcohols. Moreover, there are some troubles in the control of the productions of flavour-active compounds, such as ethyl lactate, ethyl butyrate, ethyl caproate and n-propyl alcohol, in the yeast S. cerevisiae. Thus, understanding metabolic mechanism of higher alcohols and esters in S. cerevisiae and breeding of excellent strains are therefore of great importance to both academic and industrial research. In this study, the functions of EHT1, EEB1, IAH1, FAA1, BAT1, BAT2, THR4, ILV1, ILV2, LEU1, ADH2 and HOM2 and their interaction mapping will be identified. The differences in gene expression levels under different fermentation conditions and the influences of the differences on the metabolism of flavors will be monitored. And then the metabolic mechanism of higher alcohols and esters in S. cerevisiae will be better understanded. In order to construct industrial S. cerevisiae strain without the presence of heterologous DNA, an efficient system for promoter replacement and a seamless precise genome editing system will be constructed using a CRISPR-Cas system and a seamless gene deletion method through a two-step integration protocol constructed in our previous study. The metabolism of higher alcohols and esters in S. cerevisiae will be controlled and optimized. This step results in the more aroma production of the excellent industrial S. cerevisiae strains producing more esters and less higher alcohols, as well as will provide coordinated change of a ratio of esters and higher alcohols and improve quality of the wine product. The trace metabolic regulation and breeding technology system of the flavors produced by industrial S. cerevisiae strains will be also established. This research can provides theoretical basis for the regulation of the trace amounts of metabolites produced by industrial S. cerevisiae 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.
本课题针对酿酒酵母风味物质代谢酯低醇高的现象和乳酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、正丙醇等风味物质代谢调控存在的问题,构建酿酒酵母酯醇代谢相关基因(产物)功能连锁网络,结合不同发酵工艺对酿酒酵母酯醇代谢相关基因表达差异的分析,完善酿酒酵母酯醇代谢的分子遗传机理;为保证构建的工业酿酒酵母菌株不带有存在安全隐患的外源基因,拟通过CRISPR-Cas系统结合本实验室前期开发的两步基因整合法的基因无痕敲除技术,建立高效、灵活的酵母基因启动子替换以及基因无痕精确编辑系统,并对工业酿酒酵母酯醇代谢网络进行精细调控和优化;选育出适量高产酯、低产高级醇的酿酒酵母工业菌株,使其在酿造过程中生成较多的风味物质且实现酯醇比例协调,促进酿酒行业的优质高产。研究结果将完善工业酿酒酵母风味物质代谢调控机理与育种技术体系,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

酯和高级醇是构成如白酒、啤酒和清酒等饮料酒酒体和风味的重要成分,而酿酒酵母风味物质代谢存在酯低醇高的现象。本研究通过对醇乙酰基转移酶基因过表达与BAT2基因敲除协同作用,IAH1和BAT2基因敲除与ATF1基因过表达协同作用,ILV1、LEU1、LEU2基因参与的α-酮酸合成作用与分解作用,α-酮酸的脱羧作用对酿酒酵母酯和高级醇代谢的影响进行探讨,比较分析突变株和亲本株生长、发酵性能,酯和高级醇生成量,相关基因mRNA水平,全面深入的研究酿酒酵母酯和高级醇代谢的调控机制,完善了酿酒酵母酯醇代谢的分子遗传机理。研究了发酵过程中三种常见乳酸菌对高产酯酿酒酵母MY-15酯醇代谢的影响,探索了酿酒酵母与乳酸菌协同发酵的代谢机制。通过易错PCR构建了PGK1启动子突变文库,利用文库中的PGK1启动子构建敲除BAT2同时过表达ATF1基因的酿酒酵母重组菌株,对工业酿酒酵母酯醇代谢网络进行精细调控和优化。构建了一种快速、高效的无痕基因敲除系统(通过I-SCEI内切酶介导的DSB修复机制);对无痕基因敲除系统进行了优化;并应用到低产高级醇高产酯酿酒酵母优良菌株的选育。研究结果完善了工业酿酒酵母风味物质代谢调控机理与育种技术体系,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(2)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
低产高级醇葡萄酒酵母菌株的筛选
  • DOI:
    10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201603013
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    食品与发酵工业
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘学强;钱泓;周正;张翠英
  • 通讯作者:
    张翠英
高产乙酸酯酿酒酵母在清香型白酒中的应用研究
  • DOI:
    10.13746/j.njkj.2014498
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    酿酒科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马红霞;李维;李晶晶;张翠英;肖冬光
  • 通讯作者:
    肖冬光
Decreased production of higher alcohols by Saccharomyces cerevisiae for Chinese rice wine fermentation by deletion of Bat aminotransferases
通过删除蝙蝠转氨酶减少中国黄酒发酵中酿酒酵母高级醇的产量
  • DOI:
    10.1007/s10295-015-1583-z
  • 发表时间:
    2015-01
  • 期刊:
    Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Zhang Cui-Ying;Qi Ya-Nan;Ma Hong-Xia;Li Wei;Dai Long-Hai;Xiao Dong-Guang;Zhang CY
  • 通讯作者:
    Zhang CY
PGK1 Promoter Library for the Regulation of Acetate Ester Production in Saccharomyces cerevisiae during Chinese Baijiu Fermentation
PGK1启动子文库在中国白酒发酵过程中调控酿酒酵母乙酸酯的产生
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.8b02114
  • 发表时间:
    2018-07-18
  • 期刊:
    JOURNAL OF AGRICULTURAL AND FOOD CHEMISTRY
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Cui, Dan-yao;Zhang, Yu;Xiao, Dong-guang
  • 通讯作者:
    Xiao, Dong-guang
高产酯酿酒酵母与乳酸菌共发酵过程中的相互作用研究
  • DOI:
    10.13982/j.mfst.1673-9078.2017.7.012
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    现代食品科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘彩霞;郭学武;李玲玲;唐取来;王亚平;邢爽;李镇江;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

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
  • 批准号:
    31771969
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    60.0 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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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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