基于膜微域的酿酒酵母耐酸机制解析

酿酒酵母具有生长周期短、发酵能力强、规模化生产性能好等优势，在食品、医药等领域应用广泛。酸胁迫是酵母细胞在有机酸等酸性产物的发酵过程中遇到的最常见的非生物胁迫，严重影响了细胞的生长和代谢。为了缓解酸胁迫对细胞生长和产物合成的抑制作用，生产过程中往往需要添加大量的中和剂，不仅增加了成本，使下游纯化过程更加复杂，还易造成环境污染。针对上述问题，课题组前期通过实验室适应性进化筛选出一株耐受pH 2.3的菌株TAMC，但其对低pH环境的耐受机制尚未揭示。

已有报道指出质膜中麦角甾醇的含量与菌株耐酸存在相关性，而麦角甾醇是膜微域的关键组分，因而推测膜微域在菌株耐酸过程中起重要作用。为了验证上述推测，该研究首先证实了胆固醇依赖性成孔溶细胞素的C-端结构域Domain 4（D4）可以特异性地标记酿酒酵母的膜微域，绿色荧光蛋白标记的D4（GFP-D4）在野生型（WT）酵母细胞膜上呈现不连续的点状分布，而在TAMC菌株中质膜上的分布量明显提高，点状分布特征不明显。进一步结合组学分析，发现麦角甾醇合成途径酶、H⁺-ATP酶PMA1等的表达量显著提升；当敲除δ(24)-甾醇c-甲基转移酶编码基因ERG6抑制麦角甾醇的合成，进而破坏膜微域后，菌株TAMC-E的耐酸性受到显著抑制，无法在低于pH 3.5的条件下生长。接下来，该研究对H⁺-ATP酶复合体的形成进行了分析，已知H⁺-ATP酶的活性调节依赖于质膜蛋白PMP1，在pH 6.0条件下，WT菌株中PMA1（GFP指示）和PMP1（mCherry指示）的Pearson相关系数（PCC，用于定量分析PMA1与PMP1之间的相关性）为0.73，TAMC菌株中两者的PCC为0.83；当菌株在pH 2.3的培养基中孵育时，WT菌株的PPC降至0.63，而TAMC的PPC增至0.92，而对于菌株TAMC-E，PMA1-GFP和PMP1-mCherry的共定位程度明显降低，在pH 6.0的YPD培养基中，PCC仅为0.52。上述结果表明，膜微结构域可以为H⁺-ATP酶复合体的形成提供物理平台，以维持细胞内的H⁺稳态，从而促进细胞更好地抵抗酸性环境。该研究提出了一种耐酸新机制，为耐酸菌株的理性改造提供新方向。

上述研究得到了国家重点研发计划(2021YFD2101000/2021YFD2101002)、国家自然科学基金(32100439)和中央高校基本科研专项资金(JUSRP222007, JUSRP622004)等项目的资助。

相关研究图示（一）

相关研究图示（二）

（编辑：潘梦妍）