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当前所面临的能源、资源和环境危机已成为人类文明发展的主要障碍,寻找安全、清洁、方便的可再生替代能源是本世纪重要的议题之一。用生物质转化为燃料乙醇因其经济、环保、实用以及可再生等优势引起了广泛的研究。木质纤维素材料来源丰富而廉价,是一种极具开发价值的发酵底物,但其预处理后会产生糠醛、5-羟甲基糠醛、弱酸、酚类等阻碍细胞生长的抑制物,难以有效地进行发酵,因此选育或者改造获得糠醛耐性较高的菌株对发酵生产具有重大的应用价值。鉴于此,本研究将来源于耐辐射异常球菌(Deinococcus radiodurans R1)中编码全局调控蛋白IrrE的irrE基因(又名pprI,inducer of pleiotropic proteins promoting DNA repair)转入工业酿酒酵母AS2.489中以提高其糠醛的耐受性。研究内容如下:(1)利用3轮连续易错PCR定向进化野生型irrE基因,构建突变文库,筛选糠醛耐性显著提高的酿酒酵母突变株;(2)对筛选的糠醛耐性突变株(FR)在葡萄糖/糠醛组合压力下做进一步的耐受性分析;(3)测定FR突变株细胞内总活性氧(ROS)及与糠醛耐受性相关基因的转录水平,初步阐明了其糠醛耐受性提高的机理;(4)研究FR突变株在木薯渣酸处理水解液中的发酵特性。主要得到的结果如下:在含1.5 g/L、2.0 g/L、2.5 g/L糠醛的YPD培养基中,FR突变株生长趋势明显优于对照组WT(AS2.489)、pYPK(空载株)。在200 g/L葡萄糖和不同梯度糠醛(1.5 g/L、2.0 g/L、2.5 g/L)的组合压力下,培养40 h后,FR突变株与WT、pYPK的生长OD600值差异显著,并明显提高。在2.0 g/L糠醛和不同梯度葡萄糖(20 g/L、80 g/L、140 g/L)的组合压力下,培养40 h后,FR突变株与WT、pYPK的生长OD600值亦差异显著,并明显提高。这表明同原始菌株相比,FR突变株在耐受糠醛以及葡萄糖/糠醛组合压力能力方面具有较大的提高。在200 g/L葡萄糖和3.5 g/L糠醛组合条件下处理2 h,WT、pYPK胞内ROS水平分别是FR突变株的2.72、2.89倍,显示了FR突变株具有更好的清除ROS能力。同时测定糠醛耐性相关基因表达水平发现,WT、pYPK、FR突变株三株菌株中的ald6分别上调了12.18、10.41、56.90倍,gnd1分别上调了13.18、13.53、217.81倍,adh6分别上调了33.58、29.12、64.75倍,后者与前两者相比均具有显著性差异,揭示了FR突变株可能通过大幅度表达糠醛耐性相关的基因水平来提高其糠醛耐受能力。以含200 g/L葡萄糖、2.0 g/L糠醛的YPD培养基来模拟木质纤维水解液进行发酵,发酵结束后乙醇产量相差不大,FR、WT、pYPK分别为89.63 g/L、88.12g/L、87.50 g/L,但由于FR突变株的发酵周期比WT、pYPK缩短24 h左右,其乙醇产率有显著提高,分别为1.18 g/L/h、0.90 g/L/h、0.86 g/L/h。而在木薯渣酸处理水解液中发酵时,FR突变株的发酵周期要比WT短5 h左右,两者最大OD600差值为2.30左右,最大的乙醇含量相差为6.35 g/L,其对应的乙醇产率分别为1.56 g/L/h,1.44 g/L/h。结果表明,相比于对照组,FR突变株在廉价底物水解液中发酵性能亦有一定的提高。本研究将来源于耐辐射极端微生物的irrE基因应用于真核生物酿酒酵母中,成功筛选得到了一株耐受高浓度葡萄糖/糠醛组合压力的工业酿酒酵母,对其利用木质纤维素材料大规模发酵产乙醇、降低生产成本、和保护环境方面具有十分重要的现实意义。