近日，上海交通大学微生物代谢国家重点实验室工业微生物与生物过程工程研究室在《Biosource Technology》上发表题为“Manipulating cell flocculation-associated protein kinases in Saccharomyces cerevisiae enables improved stress tolerance and efficient cellulosic ethanol production”的研究论文，该研究首次系统揭示了酵母细胞自絮凝对胁迫信号途径的影响和提高耐性的分子机制。生命科学技术学院博士生叶佩良为该论文第一作者，赵心清教授为通讯作者。
微生物细胞的自絮凝是自然界普遍存在的现象。酿酒酵母细胞自絮凝可以实现反应器中的高密度培养，并有利于细胞的低成本自沉降采收。此外，絮凝酵母具有比游离酵母更好的抗逆性，但这种耐受性的提高如何实现目前还不清楚。
该课题组研究人员对絮凝酵母和敲除了絮凝基因的非絮凝突变体进行分析发现，在乙酸胁迫条件下，絮凝酵母中大量的蛋白激酶基因转录、蛋白表达和磷酸化水平与非絮凝细胞相比明显不同，提示絮凝细胞可能存在不同的胁迫信号传导途径。此外，也首次发现了多个蛋白激酶的不同位点磷酸化修饰的水平在乙酸胁迫条件下受絮凝的影响发生变化。高渗透压甘油促有丝分裂原活化蛋白激酶信号传导途径（HOG-MAPK）是酵母细胞调控外界高渗透压胁迫应答的主要途径，MAPK蛋白激酶（Hog1p）与多种胁迫信号传导和调控相关。研究发现，Hog1p在絮凝细胞中的表达量高于游离细胞，将Hog1p和提高幅度较大的几个蛋白激酶基因在游离细胞中过表达，发现Akl1p过表达后其耐性提升效果明显，在含有乙酸的培养基、模拟抑制剂培养基和玉米芯水解液中，AKL1过表达菌株均有良好的发酵性能，而且证明Hog1p能与Akl1p等蛋白激酶具有蛋白水平相互作用，并提出了蛋白激酶信号网络调控抗氧化酶表达，进而帮助清除乙酸胁迫产生的活性氧，最终提高细胞发酵活性的分子机理模型。该研究为深入研究细胞群体形态影响工业微生物代谢重塑提供了基础。
上海交通大学微生物代谢国家重点实验室白凤武教授团队多年从事酵母自絮凝和生物炼制相关研究，研究结果为定向控制微生物絮凝特征，提高生物炼制效率提供了借鉴。此外，该团队近年来在微生物代谢工程和合成生物学改造、真菌产酶调控、发酵过程控制，以及木质纤维素类生物质的高效转化等研究中取得了一系列进展，为深入利用工业微生物进行工业生物技术应用提供了支持。
以上工作得到国家重点研发计划（No. 2021YFC2101300）和国家自然科学基金委（No. 21536006）的经费资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.126758
日期：2022-03-18
