耐乙醇醋酸菌的选育

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食醋作为重要调味品,在烹调、保健、饮料、化工等方面具有重要作用。食醋生产主要是利用专性好氧的醋酸菌表达合成的发酵乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶,将粮食/水果发酵产生的酒精氧化为醋酸,并形成特殊风味。发酵所需原料中的碳源在发酵前期被转化为乙醇,乙醇的含量过多时,严重影响醋酸菌细胞的生长繁殖和醋酸产率,并对食醋的风味产生不良影响并导致生产成本的增加。因此,选育具有乙醇耐受性的醋酸菌菌株对生产食醋生产具有重要意义。本课题利用化学复合物理诱变的方法选育耐乙醇且产酸稳定的醋酸菌菌株,在菌种定性分析及生长/产酸性能检测的基础上,对亲本株及突变株进行酒精压力下的转录组学分析,旨在为深入探讨醋酸菌菌种改良和乙醇耐受机制提供实验依据。目的:选育耐乙醇且产酸稳定的醋酸菌菌株。方法:对亲本的醋酸菌生长曲线进行测定,利用单因素实验选择醋酸菌最佳培养条件和最佳诱变剂的剂量;对培养48 h处于对数期的醋酸菌亲本菌株进行化学诱变剂复合紫外线诱变,先以80μg/m L氯化羟胺处理菌株10 min、恢复培养1 min,之后将处理菌体在λ254 nm、功率为18W、距离15 cm的紫外线灯下作用5 min,紫外处理重复3次,每次间隔恢复30 S。随后将菌体适当稀释,涂布含有13%(v/v)乙醇的碳酸钙平板,于30℃倒置培养,菌落下方产生透明圈的定为醋酸菌菌株。将碳酸钙水解圈直径与菌落直径比高的单菌落在含有13%(v/v)乙醇的碳酸钙平板上划线纯化,筛选出最优耐乙醇醋酸菌菌株;将耐乙醇菌株接到含有13%(v/v)乙醇的醋酸菌液体培养基中进行连续传代,对其产酸稳定性进行分析;利用转录组(RNA-Seq)组学中的,KEGG注释、GO注释以及基因富集分析等初步揭示乙醇耐受菌株可能的分子机制。结果:实验采用氯化羟胺复合紫外线诱变获得了1株可以耐受13%(v/v)乙醇的醋酸菌突变株。生长曲线测定结果显示,在含有10%乙醇的液体培养基中,亲本菌株和耐乙醇菌株增殖不存在统计学差异,但是在含13%乙醇的液体培养基中,亲本菌株几乎不生长,当乙醇耐受株在培养11 h后进入对数生长期,培养48 h后进入平台期,114 h之后进入衰退期,其产酸量可以达到35.28 g/L,而亲本醋酸菌株在含10%乙醇的培养基中,产酸量是8.73 g/L;耐乙醇突变株连续传代10次,产酸量表现稳定。转录组学分析的结果显示,耐乙醇菌株中被捕获分析了1772个(RPKM)和1689个(TPM)基因,其中892个(RPKM)基因和658个(TPM)基因·表达上调,880个(RPKM)基因和1031个(TPM)基因表达下调。上调基因和下调基因在基因组中分别呈均匀和集群分布。KEGG数据库中注释到了151条通路,其中代谢通路有106条,GO基因富集分析显示有1800个差异表达基因,其中有325个显著上调的基因,有1475个表达下调的基因,下调的基因占DEGs的89.3%,其中参与生物学的过程、分子的功能、细胞的组分比例分别为42.98%、31.87%和25.15%。结论:通过氯化羟胺复合紫外线诱变获得1株耐13%(v/v)乙醇的醋酸菌株,且产酸量比亲本菌株提高73.4%,遗传稳定性较好。转录组学分析显示醋酸菌对乙醇的耐受性可能涉及多个基因、多个代谢过程。
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