库德毕赤酵母FJZ基因组学及应用研究

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:q_yong
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库德毕赤酵母FJZ(简称“菌株FJZ”)分离自传统清香型白酒酒醅中,前期研究确定该菌株具高产乙酸乙酯和产乙醇的能力、具有良好的环境耐受性和其它生物学特性,在清香型白酒中具有应用前景。为了明确该菌株的遗传特性和在清香型白酒生产中的应用能力及其跟其它酿酒功能性微生物的相互影响,本研究采用Illumina Novaseq测序平台和Pac Bio测序平台相结合的技术方法,对菌株FJZ进行全基因组测序;通过单因素试验及响应面方法对菌株FJZ应用于清香型白酒发酵工艺进行了优化;并探究了菌株FJZ与高产乙醇的酿酒酵母之间的相互作用。试验结果如下:(1)通过二代Illumina Novaseq测序平台与三代Pac Bio测序平台相结合技术,本试验以全基因测序数据为基础,结合蛋白质编码基因的功能注释,对库德毕赤酵母FJZ(简称“菌株FJZ”)进行了基因分析研究。共有12,185,540条reads,碱基总数为3,058,570540,G+C含量为17.65%,。在碳水化合物活性酶(CAZy)分析中,糖基转移酶序列最高,占开放性阅读框(ORF)总数的1.54%。对菌株FJZ蛋白编码基因进行了KOG、KEGG、GO功能注释。KOG注释的基因占全基因组的82.73%,其中,翻译、核糖体结构和生物合成相关的基因最多,共349个;对蛋白编码基因进行KEGG注释,将得到的代谢通路分为了五大类,44个子类,其中与酯类物质合成相关的基因有42个;GO获得了26260个基因序列,并将其分为了生物过程(biological process)、生物合成过程(biosynthetic process)和细胞位置通过转录组学分析,结果表明菌株FJZ基因序列中与乙酸乙酯合成的相关基因表达水平较高。(2)以接种量、发酵时间、发酵温度及辅料添加量四个因素为变量,以总酯和乙酸乙酯含量为测定指标,通过单因素及响应面试验,确定库德毕赤酵母FJZ在高粱固态培养基内最佳产酯工艺为:接种量3%,发酵时间7d,发酵温度30℃,辅料添加量4%。最后对响应面预测最佳条件模型进行了验证,测得总酯含量为(8.13±0.08)g/100g,乙酸乙酯含量为(1.30±0.014)g/kg,比空白试验分别提高了104%和850%。(3)通过异步和同步接种方式,研究了库德毕赤酵母FJZ(简称菌株FJZ)与酿酒酵母Sc(简称菌株Sc)不同组合发酵条件下对发酵液中乙酸乙酯形成及其他常规理化的影响,结果发现菌株FJZ与菌株Sc的不同方式组合对发酵效果影响较大,其中,先接种菌株FJZ后接种菌株Sc(即JS接种方式)的发酵体系中,还原糖消耗速率偏低,乙醇浓度偏低,但菌株FJZ为优势菌株,产乙酸乙酯量最高,达(1.64±0.017)g/100g,比菌株FJZ单独培养提高了29%。同步接种不同比例的菌种,对发酵效果也有一定的影响,当菌株Sc与菌株FJZ接种比例为1:2时,还原糖消耗速率较低,乙醇浓度也偏低,此时Sc与FJZ生物量接近,此比例下发酵体系中的乙酸乙酯浓度最高,达到(1.78±0.021)g/kg,比菌株FJZ单独培养提高了36%,说明在适宜条件下两种菌株的混合培养可以促进乙酸乙酯产量的提高。以上结果为后期的功能性菌株的组合发酵提供了理论基础。
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