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木质纤维素水解物中的醋酸抑制酵母生长，影响生物乙醇生产。研究人员分析添加硫酸锌前后酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的转录组，发现 TPS2 和 CHS5 基因的关键作用。该研究为培育抗逆酵母菌株提供策略，助力木质纤维素生物炼制。
在生物能源领域，木质纤维素作为全球生物质的主要组成部分，是生产生物乙醇等生物基化学品的可再生原料。然而，在对木质纤维素进行预处理的过程中，会产生多种抑制剂，其中醋酸尤为常见且浓度较高。醋酸可穿过酵母细胞膜进入细胞内，导致细胞内酸化、阴离子积累，进而引发代谢紊乱、细胞膜不稳定以及营养和能量供应受限等问题，严重抑制酵母细胞的生长和发酵性能。不仅如此，醋酸还可能致使细胞内活性氧（ROS）过量积累，使细胞遭受氧化应激损伤。因此，提高酵母细胞对醋酸的耐受性，成为高效利用木质纤维素进行生物生产的关键所在。
此前研究虽已发现金属离子（如锌）能增强酵母的应激耐受性，在醋酸胁迫条件下添加锌离子可提升燃料乙醇产量和酵母生长性能，但对于锌离子介导的应激调控机制，尤其是在全球基因转录层面的详细研究尚未见报道。为深入探究这一机制，来自多个研究机构的研究人员展开了一项针对酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的研究，相关成果发表于《Fungal Biology》。
研究人员主要运用了 RNA 测序（RNA-seq）技术对转录组进行分析。以具有较强耐酸性的工业菌株酿酒酵母 SPSC01 和实验室酵母菌株酿酒酵母 BY4741 为研究对象，对比在添加和不添加硫酸锌的情况下，酿酒酵母在醋酸胁迫环境中的基因转录变化。
转录组分析
研究人员发现，在添加硫酸锌后，酵母细胞应对醋酸毒性的发酵效率更高。通过 RNA-seq 进行的比较转录组分析显示，共有 296 个基因的表达因硫酸锌的添加而出现差异。这一结果初步揭示了硫酸锌对酵母基因转录的全局影响。
TPS2 和 CHS5 基因功能研究
进一步研究发现，编码海藻糖 - 6 - 磷酸合酶 / 磷酸酶的 TPS2 基因以及与蛋白质输出和几丁质生物合成相关的 CHS5 基因，在表达水平上有显著变化。研究人员对这两个基因进行了敲除和过表达实验。结果表明，敲除 TPS2 和 CHS5 基因会损害酵母在醋酸胁迫下的生长，其中 TPS2 基因敲除还导致酿酒酵母的细胞壁完整性减弱；而 TPS2 和 CHS5 基因的过表达则对酵母在醋酸胁迫下的生长起到积极作用 。
综合来看，该研究首次揭示了硫酸锌介导的代谢调控与细胞壁完整性之间的新联系。明确了 TPS2 和 CHS5 基因在酵母耐醋酸胁迫和维持细胞壁完整性方面的关键作用，为深入探索锌状态对真核细胞全局转录和防御系统的影响提供了重要依据。同时，这项研究成果也为利用木质纤维素生物质可持续生产燃料乙醇和生物基化学品，开发具有更强抗逆性的酵母菌株提供了全新策略，有望推动木质纤维素生物炼制领域的发展，提高生物生产效率，助力生物能源产业的进步。
