酿酒酵母细胞壁修饰通过Tebuconazole适应性实验室进化提升农药耐受性研究

本研究针对葡萄酒生产中农药残留问题，通过适应性实验室进化(ALE)技术，以三唑类杀菌剂Tebuconazole(TE)为选择压力，成功获得酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)新变种YCPUC209C。研究发现该变种细胞壁厚度增加22.2%，β-1,3-葡聚糖含量提升19%，且对杀虫剂Buprofezin(BU)和Spirotetramat(SP)的耐受性显著增强。该成果为利用酵母细胞壁吸附机制降低葡萄酒农药残留提供了新思路，具有重要应用价值。

　　

葡萄酒产业面临农药残留的严峻挑战，尤其是葡萄种植中广泛使用的三唑类杀菌剂Tebuconazole(TE)会抑制酵母生长并影响发酵质量。传统物理化学去除方法可能破坏葡萄酒风味，而基因改造酵母又存在消费者接受度问题。面对这一困境，智利天主教大学农业与自然系统学院的研究团队另辟蹊径，通过适应性实验室进化(ALE)技术培育出能主动吸附农药的酿酒酵母新菌株，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员采用阶梯式浓度递增策略，以TE为选择压力对酿酒酵母YCPUC209进行164代定向进化，获得关键变种YCPUC209C。通过实时荧光定量PCR、透射电镜(TEM)和高效液相色谱(HPAEC-PAD)等技术，系统分析了细胞壁结构变化；采用微孔板生长实验和发酵参数测定评估了农药耐受性；结合zymolyase敏感性和荧光显微镜实验验证细胞壁功能改变。

细胞壁修饰的表型特征

进化菌株YCPUC209C表现出显著的细胞壁重塑：透射电镜显示其细胞壁厚度增加22.2%（88.35 nm→106.16 nm），化学分析证实β-1,3-葡聚糖含量提升19%，而几丁质含量降低40.8%。

基因表达调控机制

关键基因表达分析揭示：几丁质合成酶CHS3表达上调9倍，β-葡聚糖合成酶FKS1/FKS3分别上调1.3/1.5倍，而孢子壁相关基因FKS2下调34.8%。这种"增葡聚糖减几丁质"的分子策略，与细胞壁应激响应通路(Rlm1-dependent)激活密切相关。

农药耐受性转变

发酵实验显示矛盾现象：虽然对TE敏感性增加，但对杀虫剂Buprofezin和Spirotetramat的耐受性显著提升，发酵效率分别提高13.3%和7%。这种选择性耐受提示细胞壁成分改变可能通过β-1,3-葡聚糖的吸附作用促进特定农药降解。

功能验证实验

Calcofluor White和Congo Red敏感性实验证实细胞壁完整性改变，zymolyase敏感性增加52%（存活率73%→48.8%），与β-葡聚糖结构变化相符。

该研究首次证实ALE技术可定向改造酵母细胞壁组成，为开发"绿色"农药吸附酵母提供了理论基础。特别值得注意的是，虽然TE作为选择压力未能直接提高自身耐受性，却意外获得了对其他农药的交叉耐受，这种"牺牲局部换取整体"的进化策略颇具启发性。未来研究可深入探索β-1,3-葡聚糖与农药分子的特异性结合机制，以及该技术在葡萄酒工业化生产中的应用潜力。