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谷胱甘肽(GSH)是广泛存在于绝大多数真核细胞和许多细菌中的一类活性小肽化合物，由于具有解毒、抗氧化、抗衰老等多种重要的生理功能，GSH已经被广泛应用于制药、食品添加剂以及化妆品等行业。本实验室以酿酒酵母2-10515为出发菌株，通过亚硝基胍和紫外线联合诱变筛选得到一株高产GSH的突变菌株Y518，其胞内GSH含量达到12.02±0.09mg/g，比原始菌株提高了约55%。本研究利用基于RNA高通量测序(RNA-Seq)的转录组学分析手段来探索Y518高产GSH的潜在机制。基于RNA-Seq技术筛选出1628个差异表达基因(fold-change≥2.0，FDR≤0.001)，相对于2-10515而言，Y518有1125个基因发生转录上调，503个下调。在这些上调的基因中，有4个(SUL1、SUL2、MET14和MET5)富集在硫吸收通路，2个(MET17、CYS4)富集在半胱氨酸合成通路，1个(GSH1)富集在GSH合成通路，还有4个(SKN7、SOD1、CTT1、GRX2)参与氧化应激反应。生理生化指标分析表明Y518的GSH合成限速酶(γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶)以及抗氧化酶类(Cu/Zn超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶)的活力显著高于2-10515，胞内半胱氨酸含量以及活性氧水平也明显提高。另外，利用红四氮唑染色法检测呼吸缺陷型酵母，发现2-10515菌落呈红色，呼吸能力正常，而Y518的菌落呈白色，其线粒体呼吸链可能存在某些功能缺陷。测定线粒体呼吸链复合体(I、II、III、IV)的活力发现Y518复合体III的活力显著降低。将Y518和2-10515组成复合体III的各个亚基的编码基因序列进行比对发现Y518的COR1基因的编码区存在六个碱基突变位点，翻译成氨基酸后发现有四个突变氨基酸。综上所述，突变株Y518可能存在由于线粒体呼吸链复合体III的基因突变引起的呼吸功能缺陷，从而导致了内源性的氧化胁迫，继而产生一系列的氧化应激反应。其中GSH合成限速酶编码基因GSH1受到上调的氧化应激反应转录调节子编码基因SKN7的调节显著上调，从而调节胞内GSH水平的提高以抵消氧化胁迫。此外，Y518胞内GSH积累量的提高还与其限速酶γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶活力的提高，硫吸收通路和半胱氨酸合成通路基因的上调以及关键前体氨基酸半胱氨酸含量的提高有关。本研究通过以RNA-Seq技术为基础的转录组学和生理生化分析，解释了突变菌株Y518高产GSH的机理，以期能够为进一步的遗传改造和构建高产GSH工程菌株奠定基础。