酵母代谢互作新发现：酿酒酵母代谢物调控德尔布有孢圆酵母香气合成的机制研究

本研究针对酿酒酵母(S. cerevisiae)与非酿酒酵母(T. delbrueckii)互作机制不明的科学问题，通过细胞/培养基分离策略结合转录组学和代谢组学分析，揭示了S. cerevisiae代谢物通过调控EHT1/EEB1等关键基因抑制T. delbrueckii生长及香气合成的分子机制，发现腺苷(ADO)等5种代谢物可定向调控酯类物质合成，为葡萄酒风味精准调控提供了新策略。

　　

在葡萄酒发酵过程中，酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)与非酿酒酵母(non-Saccharomyces)的复杂互作直接影响着最终产品的风味品质。尽管已知这些微生物通过代谢物交流产生协同或拮抗作用，但关于其如何调控特定香气化合物合成的分子机制仍如"黑箱"。尤其值得注意的是，德尔布有孢圆酵母(Torulaspora delbrueckii)作为重要的非酿酒酵母，能产生丰富的芳香物质如乙酸乙酯(ethyl acetate)和2-苯乙醇(2-phenylethyl alcohol)，但其代谢网络受酿酒酵母干扰的具体途径尚未阐明。这一科学盲区严重制约了酿酒师对发酵过程的精准控制，使得葡萄酒风味设计长期依赖经验主义。

为破解这一难题，Boqin Zhang等研究团队在《International Journal of Food Microbiology》发表了创新性研究成果。研究人员采用细胞/培养基物理分离策略，结合高通量转录组测序和非靶向代谢组学分析，系统解析了S. cerevisiae分泌代谢物对T. delbrueckii的调控作用。通过构建体外共培养模型，监测酵母生长曲线和挥发性物质动态变化，并运用生物信息学工具整合多组学数据，揭示了种间代谢对话的关键分子靶点。

S. cerevisiae代谢物抑制T. delbrueckii生长及香气合成

实验数据表明，S. cerevisiae分泌的代谢物可显著抑制T. delbrueckii的生物量积累（抑制率达38.7%），同时使乙酸乙酯产量降低62.4%，2-苯乙醇减少41.2%。这种抑制作用呈现明显的浓度依赖性，提示存在群体感应(quorum sensing)调控机制。

关键基因表达谱发生显著改变

转录组分析鉴定出327个差异表达基因，其中香气合成通路相关基因EHT1/EEB1（酯酰基转移酶基因）表达量下降5.8倍，支链氨基酸代谢基因ARO10下调3.2倍，脂肪酸合成酶基因FAS1/FAS2表达抑制达4.5倍。这些基因表达变化与相应代谢物浓度变化高度吻合，证实了转录水平调控的主导作用。

五种关键代谢物被鉴定

通过UHPLC-QTOF-MS技术从867种代谢物中筛选出5种具有调控活性的物质：腺苷(ADO)通过激活乙醇脱氢酶ADH3促进长链酯类合成；甘油磷酸胆碱(GPC)和2-羟基异己酸(HIA)可协同提升癸酸乙酯(ethyl decanoate)产量237.6%；N-辛酰甘氨酸(NOG)通过脂肪酸代谢重编程使辛酸乙酯(ethyl octanoate)增加229.3%。尤为重要的是，发现吲哚-3-甲醛(ICA)作为新型抑制因子，能同时抑制酵母生长和大多数香气物质合成。

代谢网络重构揭示调控枢纽

通过KEGG通路富集分析发现，这些外源代谢物主要干扰了T. delbrueckii的三条核心通路：① 脂肪酸延伸代谢(ko00062)；② 苯丙氨酸/酪氨酸/色氨酸生物合成(ko00400)；③ 乙醛酸和二羧酸代谢(ko00630)。其中HOM2基因编码的乙酰乳酸合酶成为支链氨基酸合成的限速酶，直接决定高级醇产量。

这项研究首次系统阐明了酿酒酵母通过代谢"暗物质"调控非酿酒酵母芳香特性的分子图谱，不仅为理解微生物种间互作提供了新范式，更建立了通过添加特定代谢物精准调控葡萄酒风味的创新方法。特别是发现ICA等新型调控分子，为开发发酵过程调控剂开辟了新思路。该成果对实现葡萄酒风味的理性设计具有重要实践价值，相关策略也可拓展至其他发酵食品的品质调控领域。