影响啤酒酵母絮凝性的环境因素和关键基因方面取得重要进展

【黄河啤酒官方网站】近期，江南大学生物工程学院李崎教授团队在影响啤酒酵母絮凝性的环境因素和关键基因方面取得重要进展，研究成果“Effect of environmental stresses during fermentation on brewing yeast and exploration on the novel flocculation-associated function of RIM15 gene”正式发表于Bioresource Technology (IF = 11.4))。 (https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.129004)

酵母絮凝对啤酒工业生产有重要的影响，可以实现对菌株的回用，大大节约通过离心或过滤回收酵母所需要的能耗成本。絮凝是酵母细胞与细胞之间依赖于钙离子、无性、可逆的聚集成团的现象。絮凝过弱，会造成啤酒过滤困难，影响啤酒的澄清度。因此，研究酵母絮凝，实现良好、可控的絮凝性对工业生产有重要意义。在发酵过程中，酵母细胞会受到持续的环境胁迫，探究影响酵母絮凝的关键环境胁迫因素有利于实现对絮凝的调控。挖掘调控关键絮凝基因的核心调控基因，探索调控通路，能为啤酒酵母絮凝调控机理的研究提供理论基础。

李崎教授团队在该研究中，对一株工业拉格啤酒酵母G03及其絮凝增强突变菌株G03-24进行了转录组比较分析，从GO和KEGG分析富集到与胁迫刺激相关的差异基因和通路。在发酵过程中，可发酵的碳源、氮源等营养物质会被迅速利用，乙醇浓度增加，有机酸分泌，二氧化碳产生，发酵液的PH下降，渗透压增加，尤其到了发酵中后期，酵母细胞受到的环境压力将越来越大。为了探究发酵过程中影响酵母絮凝性的关键胁迫因素，分别模拟酵母细胞在发酵过程中遇到的胁迫因素，观察絮凝情况。该研究发现在氮饥饿和氨基酸饥饿条件下，在絮凝显示缓冲液中的酵母细胞出现了明显的絮凝现象，且F值和Lg-FLO1基因表达水平均较高，差异显著，说明氮饥饿和氨基酸饥饿是影响絮凝最显著的环境胁迫。该研究通过对G03与G03-24的转录组数据进行GSEA富集分析，在线粒体自噬和寿命调节途径富集到了TOR1 与 RIM15两个核心基因，其中RIM15 是 TOR 途径的主要氮信号下游效应分子。在G03中敲除和过表达RIM15发现能显著影响酵母的絮凝结块现象，敲除RIM15，絮凝值值减弱，Lg-FLO1表达水平显著下调；过表达RIM15，絮凝值增强，Lg-FLO1表达量水平显著上调。添加雷帕霉素刺激并测定絮凝值和Lg-FLO1的表达水平，发现絮凝值值和Lg-FLO1表达量均上调，说明在发酵过程，随着可利用氮含量的下降，RIM15被激活，并通过某种途径促进Lg-FLO1的表达，从而增强絮凝。

李崎教授为论文的通讯作者，我校2021级博士生侯丹为第一作者。上述研究得到了江南大学教育部工业生物技术重点实验室项目（KLIB-KF202105）的资助。

近年来李崎教授团队在酿造原料研究、酿造微生物新功能研究及传统发酵食品生产用功能微生物的改良方面取得丰硕成果，相关研究成果已发表在Applied and Environmental Microbiology (2023，2020)、Food Bioscience (2023，2022)、Food Chemistry (2022)、Foods (2022)、LWT-Food Science and Technology (2023，2022)等本领域权威期刊。