中国白酒酿造过程为典型的开放式发酵,多种多样的微生物参与其中,通过相互作用,改变个体的生长及发酵特征,继而改变微生物群落的整体结构与功能,最终影响白酒的品质。因此,微生物间相互作用的研究有利于解析白酒的酿造机制,为白酒酿造过程中微生物的定向调节与控制提供理论基础。本论文以酱香型白酒酿造过程中的酿酒酵母与能够产酱香风味的地衣芽孢杆菌为研究对象,通过建立单菌与不同比例的混菌发酵体系,比较微生物在共培养过程中的生长与代谢差异,同时结合转录组学和蛋白组学等研究技术,为揭示酿酒酵母与地衣芽孢杆菌的相互作用分子机制提供依据。主要研究内容与结果如下:(1)比较研究了单菌与混菌发酵体系中酿酒酵母的生理代谢特征及其与地衣芽孢杆菌的相互作用关系。研究发现,混菌发酵体系中,酿酒酵母通过产酸降低环境p H,从而抑制地衣芽孢杆菌的生长,而地衣芽孢杆菌对酿酒酵母的生长没有影响,且能够改变酿酒酵母的代谢特征。混菌发酵体系中酿酒酵母的最高产醇量高于其纯培养1.12倍,最高的丙酮酸、柠檬酸、琥珀酸、乳酸、苹果酸和酒石酸产量高于其纯培养1.23、2.11、1.76、2.02、1.04和1.63倍。不同的培养体系中,风味谱不同。酿酒酵母与地衣芽孢杆菌1:1混合体系能够产生更多的醇类、酸类、萜烯类和芳香族类风味物质,1:100混合体系能够产生更多的酮类、醛类和酯类风味化合物。相关性分析显示地衣芽孢杆菌能够促进酿酒酵母12种风味物质代谢,且该促进作用与生物量无关。(2)通过对单菌与混菌发酵体系中酿酒酵母全基因组表达谱数据分析,结果表明:相对于单菌发酵,酿酒酵母中分别有119和86个基因显著上调和下调(fold>1.5,p<0.05);通过蛋白直系同源簇(egg NOG)聚类分析结果表明两种发酵体系中基因表达差异主要集中在翻译、氨基酸转运与代谢、无机离子转运与代谢等相关的基因;结合代谢途径分析结果表明酿酒酵母在混菌发酵体系中增强了其金属离子的转运与代谢,增强了硫胺素代谢途径、醇类合成和有机酸合成途径多个基因的表达,推测混菌体系中酿酒酵母主要通过增强糖酵解,同时降低TCA循环产物向乙醛酸和糖异生途径的转运,而改变其有机酸代谢,通过改变以硫胺素焦磷酸及金属离子为辅酶的酶类活性而提高其乙醇和风味物质代谢。单菌发酵体系中,酿酒酵母增强了其硫代谢途径,该代谢与细胞呼吸及能量代谢相关。(3)基于转录组学数据,采用基因敲除方法验证了关键差异基因金属还原酶基因FRE7在酿酒酵母与地衣芽孢杆菌相互作用中的功能。结果表明,FRE7基因不影响两菌的生长及两菌互作过程中酿酒酵母的乙醇和有机酸代谢;但FRE7基因敲除后降低了乙酸、癸酸、辛酸、癸酸乙酯、2-苯乙酸己酯等风味物质在两菌互作过程中的代谢浓度;同时,通过对部分功能基因的定量研究发现,FRE7基因敲除降低了混菌发酵体系中酿酒酵母硫胺素相关基因的高表达,可能改变酵母胞内酶活。以上结果表明FRE7基因是两菌互作的参与者之一。(4)应用蛋白组学方法研究了单菌与混菌发酵体系中酿酒酵母胞内蛋白表达差异。结果表明:相对于单菌发酵,酿酒酵母胞内共69个蛋白差异表达,其中39个上调,30个下调。通过质谱分析鉴定出其中24个蛋白,功能注释显示蛋白主要参与糖酵解过程,乙醇代谢过程,细胞壁稳定性调控以及应激反应等。地衣芽孢杆菌显著促进了酿酒酵母糖酵解和乙醇代谢途径相关酶类的表达量,这些对混合培养条件下的酿酒酵母的代谢变化起到重要作用;抗氧化蛋白和应激类蛋白在混菌体系酵母细胞内的高表达,则可能与微生物相互作用时的防御和适应性相关。