[发明专利]MAL33基因缺失在提高酿酒酵母对木质纤维素水解液抑制物耐受性中的应用

说明书

本发明涉及MAL33基因缺失在提高酿酒酵母对木质纤维素水解液抑制物耐受性中的应用，属于生物工程领域。本发明提供了一株MAL33基因缺失的酿酒酵母菌株，对乙酸耐受性大幅度提高；对木质纤维素水解液中其它典型抑制物和H₂O₂的耐受性也有提高；在3.5 g/L乙酸的葡萄糖木糖培养基（YPDX）中的延滞期缩短了24 h，葡萄糖和木糖共利用产乙醇的发酵周期缩短了20 h；在含有混合抑制物的葡萄糖木糖培养基（YPDX）中的生长、葡萄糖和木糖共发酵产乙醇情况均优于对照菌株；为提高酿酒酵母对木质纤维素水解液中的抑制物耐受性提供了方法，为克服二代燃料乙醇生产中技术瓶颈提供了理论依据。

技术领域

本发明涉及MAL33基因缺失在提高酿酒酵母对木质纤维素水解液抑制物耐受性中的应用，属于生物工程领域。

背景技术

近年来，利用丰富、廉价的木质纤维素原料（如农业废弃物、林业废弃物等）生产的二代燃料乙醇有望替代不可再生的化石能源，可以缓解当前世界的能源危机，减少环境污染，受到各国的广泛关注。木质纤维素原料经过预处理、酶解等过程释放可被酿酒酵母等微生物利用的六碳糖和五碳糖等糖分，还产生了各种抑制物，包括弱酸类、呋喃类和酚类化合物。

弱酸类主要包括甲酸、乙酸和乙酰丙酸，乙酸是木质纤维素预处理液中的典型抑制物，乙酸含量最高，预处理手段不同，乙酸浓度也不同，大致浓度范围在1-10 g/L之间，乙酸对细胞产生不利影响：（1）引起DNA损伤，导致DNA和RNA合成速率以及代谢活性降低；（2）为维持正常的生长环境，通过水解ATP获得足够能量驱动质子泵，从而排出胞内大量积累的H⁺，这个过程会消耗大量ATP，用于细胞代谢的ATP就会供应不足，从而导致细胞活性降低，并最终影响微生物的发酵过程；（3）容易引起ROS积累，导致细胞程序性死亡；（4）还会影响膜结构，抑制胞内翻译。

呋喃类抑制物主要是糠醛和HMF，浓度一般在0-5 g/L之间。HMF对参与糖酵解和三羧酸循环等其他代谢过程中的酶（如乙醇脱氢酶、乙醛脱氢酶和丙酮酸脱氢酶等）产生抑制，降低发酵过程中葡萄糖和木糖的转化率；酿酒酵母将呋喃类抑制物转化为相应的醇化合物过程中消耗大量的辅酶，容易造成胞内氧化还原的失衡，导致细胞产生ATP的能力降低；糠醛能够诱导酿酒酵母中活性氧ROS 的积累，引发细胞程序性死亡，降低乙醇得率。

酚类化合物主要由木质素在高温酸解等预处理过程中分解产生，它们通常是含苯环的芳香族化合物。酚类抑制物通过破坏细胞膜的完整性和线粒体膜的电化学梯度，进而影响细胞膜的选择性和通透性。因此，提高酿酒酵母对木质纤维素水解液中的抑制物耐受性对于二代燃料乙醇的发展和应用至关重要。

MAL33基因参与麦芽糖代谢，是调节麦芽糖通透酶基因MAL31和麦芽糖酶基因MAL32表达的转录因子，在提高酿酒酵母对乙酸和H₂O₂耐受性方面的尚无报道，也没有关于该基因提高酿酒酵母对木质纤维素水解液抑制物耐受性的相关报道。

发明内容

利用木质纤维素原料生产二代燃料乙醇过程中，存在酿酒酵母对木质纤维素水解液中的抑制物耐受性较低的问题，本发明提供了MAL33基因缺失在提高酿酒酵母对木质纤维素水解液抑制物的耐受性中的应用。

本发明的技术方案如下：

MAL33基因缺失对木质纤维素水解液抑制物的耐受性中的应用，所述的MAL33基因核苷酸序列如SEQ ID NO. 1所示。