酿酒酵母多重耐性机理的基因组学研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ranandong
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酿酒酵母具有发酵成本低、乙醇产量高、菌体蛋白丰富、遗传操作清楚及安全性高等特点,被广泛应用于工业发酵中。发酵时,酵母细胞会面临多种环境胁迫,如温度、乙醇和渗透压等,这些胁迫会影响发酵的产能和效率,因此酿酒酵母的胁迫抗性育种及机理解析是当前酿酒酵母应用领域的研究热点。本研究以122株酿酒酵母菌株为研究对象,首先评价了这些菌株的遗传变异多样性和胁迫表型多样性;随后通过全基因组关联分析技术(Genome-wide association studies,GWAS)和数量性状基因座定位技术(Quantitative Trait Loci localization,QTL定位),初步解析耐胁迫相关的遗传变异基础,并为高性能菌株选育提供理论依据和亲本来源。  通过对122株酵母进行倍性分析和重测序,研究了遗传变异多样性。首先绘制了基于SNP的进化树和群体结构图,并根据亲缘关系将122株酵母分为8个亚群,其中4个亚群与面包、葡萄酒、清酒制作和燃料乙醇生产的工业菌株具有较近的亲缘关系。  通过对122株酿酒酵母菌株在低pH、糠醛抑制物等十七种常见胁迫下的生长能力和在高温、高糖和高乙醇三种重要胁迫下的发酵能力进行分析,发现不同菌株在同种胁迫条件下及相同菌株在不同胁迫条件下的生理表型具有明显差异,在为提供丰富表型数据的同时也为耐胁迫菌株选育提供了依据。  结合遗传变异多样性和胁迫表型多样性,利用GWAS技术,通过变异水平分析发现了和渗透压、糠醛及乳酸胁迫相关的7个基因,功能涉及线粒体呼吸作用、翻译过程、膜形成和染色体分离;通过Gene set水平分析注释了相关基因功能和代谢途径,主要涉及DNA的调控、转录过程及RNA降解途径。  为进一步研究耐高温机理,以W122和W65为亲本,通过QTL定位技术挖掘相关位点。共分离到277株孢子,42℃条件下的生长和发酵性能评价结果表明,这些孢子的耐高温能力呈现明显的多样性。进而通过对差异明显的孢子和孢子池进行基因组重测序,分析与耐高温相关的基因组变异,为挖掘重要的耐高温相关的关键基因及阐明耐高温作用机理奠定基础。  综上所述,本研究系统评价了122株酿酒酵母菌株的基因组遗传型和胁迫耐性表型多样性,通过GWAS和QTL定位初步揭示了与胁迫相关的遗传变异基础,为进一步揭示酿酒酵母的胁迫耐性机理和进行胁迫耐性育种奠定了基础。
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