FKS家族基因对酵母细胞形态及抗自溶性能的作用

FKS家族基因对酵母细胞形态及抗自溶性能的作用酵母在酿酒、制药、食品等行业的工业生产中有非常重要的应用价值, 同时 ,酵母也是真核生物研究的重要模式生物。在生产实践中, 酵母细胞的自溶衰亡会对产品的品质造成不利影响, 例如给啤酒带来浓重的不良风味等。

酵母细胞壁是维持细胞自身形态构造、抵抗外界机械压力和维持渗透压的重

要组成部分。β -1,3- 葡聚糖是组成细胞壁的重要结构,FKS 家族基因是合成β

-1,3- 葡聚糖合成酶的关键基因。

为探究细胞壁β-1,3- 葡聚糖对维持细胞的生理特性作用, 了解酵母自溶的

机理和调控因子 , 本文通过分子改造对FKS家族基因进行敲除 , 分析比较原始菌

株和重组菌株的细胞壁形态、细胞壁组成成分、酵母抗自溶能力、抗环境胁迫能力和细胞壁合成相关基因表达状况等, 以此研究 FKS家族基因与酵母细胞形态以

及酵母抗自溶性能的关系。主要研究结果如下 :(1) 构建重组菌株 : 以 FKS1基因缺陷菌株和 FKS2基因缺陷菌株为出发菌 , 分别以尿嘧啶和组氨酸营养缺陷型为筛

选标记分别敲除 FKS2和 FKS3基因 , 最终得到 FKS1、FKS2双基因缺陷菌株 ,FKS1、FKS3双基因缺陷菌株 ,FKS2、FKS3双基因缺陷菌株和FKS1、 FKS2、 FKS3三基因缺陷菌株 , 对重组菌株分别命名为fks1,2-QT 、fks1,3-QT 、fks2,3-Q和

fks1,2,3-QT 。

(2)对重组菌株细胞形态的分析 :FKS1、FKS2和 FKS3基因单独敲除对酵母细胞形态没有太大影响 , 而在 FKS1和 FKS2敲除的重组菌株 , 酵母形态变成椭圆形。同时 ,fks1,2-QT 和 fks1,2,3-QT 的体积相对于原始菌株 W303分别减小了 71.26%

和 74.25%。

因此 , 基因 FKS1和 FKS2共同作用控制酵母的细胞形态。 (3)FKS 家族基因对

酵母细胞壁多糖的影响 :FKS 家族基因与酵母合成细胞壁β-1,3-葡聚糖合成相

关 ,fks1-QT 的细胞壁厚度相对原始菌 W303变薄了 49%,β-1,3- 葡聚糖的含量相对原始菌株降低 60%,证明了 FKS1基因对β-1,3- 葡聚糖合成酵母细胞壁起重要的作用。

fks2-QT 和 fks3-QT 的细胞壁β-1,3- 葡聚糖的含量变化不大 ,FKS2 和 FKS3基因对酵母细胞壁葡聚糖的合成影响并不是很大, 并且 FKS家族基因之间的叠加效果并不明显。但是 , 如果在同时敲除 FKS1和 FKS2基因的重组菌种 , 细胞壁β-1,3- 葡聚糖含量相对于原始菌株反而增加了 , 酵母细胞存在合成β-1,3- 葡聚糖的其他补偿途径。

(4)FKS 家族基因与酵母细胞抗自溶能力的关系: 在模拟自溶液中 ,fks1-QT

和 fks1,2,3-QT 抗自溶能力最差 , 这两株突变菌株的自溶严重程度和死亡率明显高于其它菌株 ,FKS1 在对酵母抵抗自溶的过程中起了重要的作用。 fks3-QT 的抗自溶能力优于原始菌株 ,WSC2和 MSN4基因主要作用是感受环境压力 ,fks3-QT 的

WSC2和 MSN4的基因的表达量分别上调了 6.88 和 5.25, 这两个基因的大幅上调导致酵母细胞对于外界环境的变化敏感, 在短时间内对细胞做出调整。