通过胞内脯氨酸积累提升拉格酵母在高浓酿造中的鲁棒性与发酵特性

为解决高浓酿造(HGB)中拉格酵母因环境胁迫导致的发酵性能下降问题，江南大学团队通过ARTP诱变获得胞内脯氨酸含量提升37.37%的突变株Y-100。该菌株在24°P麦汁中使发酵周期缩短1天，真实发酵度提升2.76%，死亡率降低77.71%，并通过上调GNP1 和SUA7 基因揭示了脯氨酸的应激保护机制，为工业HGB提供了高效安全的菌种资源。

　　

啤酒作为全球广受欢迎的酒精饮料，其主流产品拉格啤酒占市场份额的84%。随着高浓酿造技术(HGB，使用24°P以上麦汁)的普及，虽然能提高生产效率，但高糖、高渗透压、乙醇积累和氧化应激(ROS)等环境胁迫导致拉格酵母(Saccharomyces pastorianus
)出现细胞活性下降、死亡率升高和风味缺陷等问题。传统解决方案如基因改造因法规限制难以工业化应用，而脯氨酸作为天然保护剂在面包酵母中已证实具有抗冻、抗干燥等作用，但其在拉格酵母HGB中的机制尚不明确。

江南大学的研究团队通过大气室温等离子体(ARTP)诱变技术，结合氮杂环丁烷-2-羧酸(AZC)抗性筛选，从工业菌株YY中获得突变株Y-100。该菌株胞内脯氨酸荧光强度提升37.37%，在5轮连续发酵中表现出死亡率降低77.71%、ATP含量提升13.94%、ROS积累减少23.01%的显著优势。基因组重测序发现GNP1
(脯氨酸转运蛋白基因)和转录因子SUA7
的上调是关键机制，通过基因敲除和过表达实验验证了其对脯氨酸积累的调控作用。

主要技术方法
研究采用ARTP诱变结合AZC抗性平板筛选构建突变库；通过荧光标记定量胞内脯氨酸；利用24°P和33°P麦汁模拟HGB环境评估发酵性能；采用基因组重测序和RT-qPCR分析靶基因表达；通过基因敲除(KO)和过表达(OE)验证功能。

Strains, media and chemicals
以工业菌株YY为出发株，使用含AZC的YPD培养基筛选突变体，通过测定乙醇、H₂
O₂
和NaCl胁迫下的生长曲线评估抗性。

Screening of proline-accumulating lager yeasts
从200株突变体中筛选出Y-100，其在2.00 mg/mL AZC平板上生长优势显著，脯氨酸合成酶基因PRO1
表达量增加1.8倍。

Discussion
研究发现脯氨酸通过三方面机制增强鲁棒性：(1) 稳定膜结构抵抗乙醇损伤；(2) 清除ROS维持氧化还原平衡；(3) 作为储能分子促进ATP合成。Y-100在24°P麦汁中发酵度达82.3%，优于亲本的79.5%。

Conclusion
该研究首次阐明脯氨酸在拉格酵母HGB中的多重保护机制，获得的非转基因菌株Y-100具有直接工业应用价值，为应对酿造环境胁迫提供了新策略。

重要意义
突破传统育种技术限制，通过ARTP快速获得性能提升菌株；揭示GNP1
/SUA7
通路调控脯氨酸积累的分子机制；为解决HGB中发酵效率与品质控制的矛盾提供实践方案，相关成果发表于《Journal of Biotechnology》。