【摘 要】
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冷冻面团技术可以有效地延长面包的保质期,以确保新鲜度,该技术被广泛使用并逐渐取代传统的面包生产。面包酵母低温胁迫后的活性是影响冷冻面团质量的主要因素。酵母Snf1蛋白激酶是胞内能量代谢调节以及外界应激反应的重要调节蛋白,但其在冷冻胁迫下的调节作用及调节途径未见报道。本实验以面包酵母ABY3（Saccharomyces cerevisiae）为研究对象,首次探究了过表达Snf1蛋白激酶α亚基与β亚基
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冷冻面团技术可以有效地延长面包的保质期,以确保新鲜度,该技术被广泛使用并逐渐取代传统的面包生产。面包酵母低温胁迫后的活性是影响冷冻面团质量的主要因素。酵母Snf1蛋白激酶是胞内能量代谢调节以及外界应激反应的重要调节蛋白,但其在冷冻胁迫下的调节作用及调节途径未见报道。本实验以面包酵母ABY3（Saccharomyces cerevisiae）为研究对象,首次探究了过表达Snf1蛋白激酶α亚基与β亚基编码基因SNF1、SIP1、SIP2、GAL83对其冷冻耐性的影响,为工业面包酵母的育种提供了新思路。（1）通过构建Snf1蛋白激酶α亚基编码基因SNF1过表达的突变菌株（ABY+S）,并与Snf1蛋白激酶β亚基编码基因SIP1、SIP2、GAL83过表达的突变菌株（ABY+S1,ABY+S2,ABY+G）进行了生长性能的测试,冷冻耐性的测试和冷冻前后发酵性能的测试。结果表明:过表达Snf1蛋白激酶β亚基编码基因SIP1、SIP2、GAL83对面包酵母冷冻耐性有负调节作用,其突变菌株在冷冻胁迫下的存活率远低于亲本菌株;过表达Snf1蛋白激酶α亚基编码基因SNF1对面包酵母冷冻耐性有正调节作用,其突变菌株ABY+S在冷冻胁迫下的存活率为75%,远高于亲本菌株43%的冷冻存活率;突变菌株ABY+S在冷冻前的不加糖面团发酵中,发酵能力有提升但并不显著,而在冷冻胁迫后的不加糖面团发酵中,ABY+S的发酵力较亲本ABY3提升8 m L/h·g,相对发酵力较亲本菌株提高11%;（2）转录组学分析,冷冻前,ABY+S较亲本ABY3表现出显著差异的基因共1799个,其中上调1453个,下调346个;冷冻后,ABY+S较亲本ABY3表现出显著差异的基因共2308个,其中上调2035个,下调273个。GO富集分析显示过表达Snf1蛋白激酶α亚基编码基因SNF1使面包酵母与细胞组成相关的大量基因表达以利于应对胁迫环境;同时与生长代谢调节相关的大量基因表达,为突变菌株发酵力优于亲本提供了转录水平的依据,另外与细胞应激反应相关基因的表达,与突变菌株较强的冷冻耐受力表型相符。KEGG富集分析显示过表达Snf1蛋白激酶α亚基编码基因SNF1对面包酵母蛋白酶体的影响最显著,突变菌株可能通过蛋白酶体相关调节基因的表达,加强了胁迫环境下错误折叠蛋白降解效率,实现细胞质量的监管,保证了冷冻损伤后的细胞仍保持较高的生长代谢活性。此外,SNF1基因的过表达对酵母碳代谢途径,氨基酸生物合成途径,甘油代谢途径以及甘油磷脂代谢途径的调节作用,也是ABY+S高存活率及强发酵性能的原因;（3）非靶向代谢组学分析,冷冻前,ABY+S较亲本ABY3表现出显著差异的胞内代谢物共17个,其中上调10个,下调7个;冷冻后,ABY+S较亲本ABY3表现出显著差异的胞内代谢物共21个,其中上调11个,下调10个。冷冻前,与转录组学数据相符,SNF1基因过表达的突变菌株较亲本胞内积累大量氨基酸和甘油,同时细胞膜成分发生变化。突变菌株冷冻前细胞膜成分变化是否能使细胞抵御冷冻胁迫的损伤还有待研究,而胞内积累较高含量的氨基酸和甘油,是突变菌株冷冻胁迫下高存活率的主要原因;冷冻胁迫后,SNF1基因过表达的突变菌株较亲本胞内依旧保持较高的脯氨酸和甘油含量,使细胞在冷冻胁迫下得到较好的保护;而其他差异代谢物呈显著下调,是突变菌较强的碳代谢能力及蛋白质代谢调节作用的结果;另外胞内溶血磷脂类物质下调是否与低温适应能力相关,还需进一步研究。本研究首次通过系统生物学方法,分析了过表达Snf1蛋白激酶α亚基与β亚基编码基因SNF1、SIP1、SIP2、GAL83对面包酵母冷冻耐性的影响,为优良工业菌种选育提供理论指导,为冷冻面团技术发展提供新思路,同时可补充酵母环境应激反应的基础理论,完善Snf1蛋白激酶的全局调控机制。
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