《基因組變構改進酵母脅迫耐性等複雜表型的分子機理》是依託浙江大學，由吳雪昌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基因組變構改進酵母脅迫耐性等複雜表型的分子機理
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：吳雪昌
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高溫、乙醇和纖維素原料預處理產生的乙酸等抑制物是限制釀酒酵母乙醇發酵效率的主要制約因素。申請者經基因組變構新方法，獲得6株對上述脅迫耐性顯著提高並高產乙醇工業用酵母突變株（ZCM1-6）。本項目擬用多種組學技術研究突變株基因組變異及其規律，揭示酵母提高脅迫耐受性與高產乙醇機理。主要研究內容：（1）基因組比較分析突變株ZCM1-6相對於親株ZTW1的基因組變異；（2）分子遺傳操作驗證主要特定基因變異的抗逆高產表型效應；和（3）結合轉錄組、蛋白組和關鍵生化因子（代謝產物）測定，分析ZCM1-6和ZTW1表型差異關鍵決定基因及其表達調控機理，在基因組範圍上構建與抗逆高產性能提升關聯的代謝網路。課題目標實現，不僅在理論上可加深對細胞有益人工進化機理的認識，同時對構建抗逆高產酵母菌株、乃至對其他生物化工、醫藥、食品、環保等領域廣泛套用的微生物菌株的抗逆高產性能提升、促進多領域發展具重要理論指導意義。
結題摘要
在生物質可再生能源中，率先實現大規模生產套用的是燃料乙醇，目前主要是通過釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）發酵轉化澱粉和糖類原料獲得。同時，釀酒酵母也是生物醫學研究中重要的模式生物。不同分離來源的釀酒酵母菌株在表型（環境脅迫耐性與乙醇發酵性能等）上和基因組結構上差異顯著，但基因組結構變異的發生機制以及如何在分子水平影響菌株的表型還有待闡釋。項目開展期間，課題組開展了如下研究：（1）解析了我國燃料乙醇工業上多株具有重要套用的釀酒酵母菌株及纖維素水解液耐性突變株的基因組信息；（2）發展了多種有效改進酵母菌株脅迫耐性與發酵性能的育種策略；（3）通過在特定突變株與出發菌株的比較基因組學研究，在全局水平闡釋了大範圍基因組結構變異對細胞中基因表達與代謝的影響；以及（4）在全基因組水平闡釋了可能誘導大範圍基因組桔構變異發生的遺傳機制。課題組所取得的研究結果與數據不僅對創新釀酒酵母的育種技術、選育對纖維素水解液中抑制物耐性強、乙醇發酵性能高的優良工業菌株具有重要的理論指導意義，研究中也獲得了一系列具工業套用潛力的釀酒酵母菌株。同時，由於大部分的腫瘤細胞基因組都存在不穩定現象，本項目中開展的關於酵母基因組如何在複製壓力下發生大範圍的變異的研究結果對闡明腫瘤基因組不穩定的機制和生物基因組進化的分子遺傳機理也具有較大的參考價值。此外，在本項目實施過程中，課題組發展了以菌株sectored colony篩選和Illumina高通量測序為基礎的在二倍體酵母檢測染色體重排與雜合性丟失的高效分析技術，為相關研究提供了建議。本項目相關研究成果在《PNAS》、《mBio》、《Bioresource Technology》和《Applied Microbiology and Biotechnology》等國際知名刊物上發表論文8篇，在投稿SCI論文3篇，授權國家發明專利3項。 項目共培養博後1名，博士生2名，碩士生6名，其中主要成員2人次曾前往美國杜克大學開展研究工作，為他們今後的學術生涯奠定了重要基礎。
