木质纤维素原料预处理过程中会产生各种对酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)生长与发酵有影响的抑制物,如弱酸、呋喃衍生物和酚类化合物等。乙酸是半纤维素降解产生的一种主要抑制物,未解离的乙酸可以通过质膜简单扩散进入酵母细胞,引起胞内酸化,从而抑制细胞代谢与生长,降低纤维乙醇生产效率。因此,酿酒酵母耐乙酸分子机制的揭示和阐明,对合理设计发酵条件,指导构建适应较高浓度乙酸环境、提高纤维乙醇发酵效率的酿酒酵母工程菌株均具重要的意义。在课题组前期研究中,发现当酵母细胞在含有多种抑制物的木质纤维素水解液中生长时,JJJ1基因的表达量出现下调。为了弄清在纤维素水解液中酵母细胞面对抑制物时JJJ1的作用,本文首先对酿酒酵母菌株BY4741及其基因敲除菌株BYΔJJJ1的多种胁迫耐性进行比较,发现BYΔJJJ1对甲酸和乙酸的胁迫耐性显著增强。在5.5g/L乙酸、1.2g/L甲酸或各种抑制物混合的纤维素水解液(3.0g/L乙酸、0.2.g/L甲酸、1.1g/L糠醛和0.2g/L5羟甲基糠醛)中,发酵开始和结束时间较亲株均提前了17h以上。JJJ1敲除对工业菌株YJSH1乙酸耐性提高也具有相同的效果。通过对乙酸相关的生理生化因子的分析,发现乙酸胁迫下,BYΔJJJ1细胞内的乙酸积累较BY4741减少了7.8%以上,海藻糖增加了37.6%以上：同时,细胞膜中长链脂肪酸的比例增加了12.3%,麦角固醇含量减少了12%,细胞内超氧化物歧化酶SOD和过氧化氢酶CAT活性也有所增加。利用RNA测序技术对野生型菌株BY4741和敲除菌BYΔJJ1的转录组进行分析,结果显示在BYΔJJJ1菌株中约有218个基因表达量发生了较大变化。对这些基因在DAVID数据库中进行聚类分析,发现碳水化合物代谢和细胞膜上一些转运蛋白相关基因表达量下调；同时,细胞壁功能和核糖体相关基因表达量上调。结合两个菌株若干生理生化指标差异分析,提示JJJ1敲除后,细胞壁有关蛋白的表达量升高,细胞壁重构更加强化,减少了进入细胞内的乙酸量,从而减少了乙酸对细胞的毒害作用；而葡萄糖分解有关基因表达量下降,最终表现出在正常条件下生长速率较慢,但在乙酸胁迫下生长速率更快于野生型的现象。研究结果深化了对酿酒酵母耐乙酸机理的理论认识,为优化纤维乙醇工艺、构建高抗逆酿酒酵母工业应用菌株、提高纤维乙醇发酵效率提供了理论指导与技术支撑。