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硫化氢(hydrogen sulfide,H2S)是酿酒酵母(Saccharomyces cerevisivae)硫代谢的重要产物,其具有强烈的臭鸡蛋气味,会对葡萄酒的品质产生消极影响。葡萄酒中的H2S主要通过发酵过程中酿酒酵母硫代谢产生,进而S2-的合成与消耗速率决定了酿酒酵母H2S产生量。而丝氨酸作为S2-代谢下游关键节点中间产物,可能决定了S2-的消耗及酿酒酵母H2S产量。因此,研究酿酒酵母丝氨酸合成途径在H2S溢流代谢中的生理机制将为葡萄酒生产中H2S的控制提供理论依据。本研究以丝氨酸合成途径为切入点,通过无缝克隆、基因敲除等分子生物学方法和基因表达、靶向代谢组学等研究手段,探究其对酿酒酵母产H2S特性及硫代谢途径的影响。主要研究结果如下:(1)本研究以高产H2S的酿酒酵母32y12为研究对象,借助pY16和pY26质粒(GPD和TEF启动子),构建了三株SER33梯度表达的重组菌pY16-TEF-SER33,pY26-TEF-SER33,pY26-GPD-SER33。葡萄模拟汁发酵结果显示,与对照菌株相比较,在发酵旺盛期,重组菌株pY16-TEF-SER33,pY26-TEF-SER33,pY26-GPD-SER33的SER33基因表达水平分别显著增高了82、272和500倍,过表达菌株在发酵过程中H2S总产量分别为776.19 ppm,631.75 ppm,621.43 ppm,均显著高于对照菌株(375.00 ppm),但是三株SER33过表达菌之间的H2S产量并没有显著差异,即SER33基因表达量的梯度升高并未导致H2S产量的梯度增加。(2)完成了SER1/SER2过表达菌株及SER33敲除菌株的构建,发酵结果显示SER1/2/33过表达菌株的胞内丝氨酸含量分别达到10.8μg/g,20.2μg/g,14.8μg/g,显著高于对照组(6.3μg/g),而SER33敲除菌株的胞内丝氨酸含量仅为1.6μg/g。尽管SER33过表达菌株的H2S产量显著增加,但是SER1/SER2过表达菌株与对照相比,H2S释放没有显著差异,而SER33的敲除显著降低H2S的释放。此外,采用基因表达分析和靶向代谢组等方法对SER1/SER2/SER33过表达菌株和SER33敲除菌株的硫代谢通路相关基因表达,含硫物质以及胞内氨基酸代谢进行分析,主要结果表明:1)SER1/SER2/SER33过表达菌株显著增加了胞内氨基类代谢物含量,且SER2过表达菌株的代谢流量变化最大。2)控制S2-结合为高丝半胱氨酸的关键基因MET17在SER33过表达菌株中下调,同时造成高丝半胱氨酸节点的堵塞,与SER33过表达菌株H2S的高产的密切相关。(3)以野生二倍体酵母S.cereviviae 32y12(对照菌株)、SER33过表达菌株及SER33敲除菌株为研究对象,在300 N mg/L和150 N mg/L可同化氮水平(yeast assimilable nitrogen,YAN)下,探究不同丝氨酸添加浓度(0,5,10倍)对目标菌株发酵过程中产H2S的影响。结果表明:1)在300 N mg/L可同化氮水平下,对照菌株S.cereviviae 32y12和SER33过表达菌株的H2S释放随着丝氨酸的添加(5倍(281.5 mg/L)、10倍(563.0mg/L))显著降低。尽管SER33的敲除显著降低了该菌株的H2S产量,但是该菌株的产H2S特性不会随着外源丝氨酸的添加而发生显著改变;2)在150 N mg/L可同化氮条件下,S.cereviviae 32y12的H2S释放量随着外源丝氨酸浓度的增加(未添加,5倍(140.7mg/L),10倍(281.5 mg/L))而显著增加,而SER33过表达菌株及敲除菌株的H2S产量在不同丝氨酸添加下变化不显著;该结果为后期研究细胞对不同来源的丝氨酸(从头合成途径与外源添加)的利用提供了支持。