Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Khả năng hấp thụ ammonium hiệu quả và sự vận chuyển arginine trong vacuole của các chủng Saccharomyces cerevisiae trong quá trình lên men rượu
Tóm tắt
Dưới các điều kiện hạn chế N, các chủng Saccharomyces cerevisiae thể hiện sự biến động lớn về năng suất sinh khối từ nitơ tiêu thụ - đặc biệt là các chủng men rượu cho thấy khả năng sinh trưởng cao - điều này tương quan với khả năng hoàn thành quá trình lên men rượu, một đặc tính có ý nghĩa cho ngành công nghiệp đồ uống lên men. Mục tiêu của công trình này là đánh giá đóng góp của sự sẵn có của nitơ đối với sự khác biệt theo chủng về khả năng sử dụng hiệu quả tài nguyên N cho sự phát triển và xác định các cơ chế tiềm ẩn. Chúng tôi đã so sánh hồ sơ hấp thụ của một số nguồn nitơ (chủ yếu là ammonium, glutamine và arginine) cho các chủng sản xuất sinh khối cao và thấp trong các điều kiện sẵn có nitơ khác nhau. Chúng tôi cũng đã phân tích số phận nội tế bào của các hợp chất nitơ. Các chủng được phân nhóm thành hai nhóm tại các nồng độ nitơ ban đầu giữa 85 và 385 mg N.L−1: các nhà sản xuất sinh khối cao, bao gồm các chủng rượu vang, có khả năng hoàn thành quá trình lên men 240 g.L−1 glucose và nhanh chóng tiêu thụ nitơ, trái ngược với các nhà sản xuất sinh khối thấp. Hai lớp chủng này thể hiện các đặc điểm khác biệt góp phần vào khả năng sản xuất sinh khối khác nhau của chúng. Đóng góp của từng đặc điểm thay đổi theo sự sẵn có của nitơ. Ở các nhà sản xuất sinh khối cao, tỷ lệ hấp thụ ammonium cao dẫn đến việc tiêu thụ quan trọng nguồn nitơ ưa thích này, điều này đã thúc đẩy sự phát triển của các chủng men này khi nitơ được cung cấp vượt mức. Cả hai lớp men đều tích tụ các nguồn nitơ kém, chủ yếu là arginine, trong vacuole trong các giai đoạn đầu của quá trình phát triển. Tuy nhiên, vào cuối giai đoạn phát triển khi nitơ trở thành có giới hạn, các nhà sản xuất sinh khối cao đã sử dụng hiệu quả hơn phần nitơ vacuole này cho tổng hợp protein và hình thành sinh khối hơn so với các nhà sản xuất sinh khối thấp. Tổng thể, chúng tôi chứng minh rằng việc quản lý hiệu quả tài nguyên nitơ, bao gồm hấp thụ ammonium hiệu quả và sử dụng hiệu quả các amino acid được lưu trữ trong vacuoles trong các giai đoạn cuối của quá trình phát triển, có thể dẫn đến sản xuất sinh khối cao bởi các chủng men rượu vang.
Từ khóa
#Saccharomyces cerevisiae #hấp thụ ammonium #arginine #sản xuất sinh khối #lên men rượuTài liệu tham khảo
Agenbach W: A Study Of Must Nitrogen Content In Relation To Incomplete Fermentations, Yeast Production And Fermentation Activity. In Proceedings of the South African Society of Enology andViticulture: November 1977. Edited by Beukman E. Cape Town: Stellenbosch; 1977:66–87.
Bely M, Sablayrolles JM, Barre P: Automatic detection of assimilable nitrogen deficiencies during alcoholic fermentation in oenological conditions. J Ferment Bioeng 1990, 70:246–252.
Mendes-Ferreira A, Mendes-Faia A, Leão C: Growth and fermentation patterns of Saccharomyces cerevisiae under different ammonium concentrations and its implications in winemaking industry. J Appl Microbiol 2004, 97:540–545.
Martínez-Moreno R, Morales P, Gonzalez R, Mas A, Beltran G: Biomass production and alcoholic fermentation performance of Saccharomyces cerevisiae as a function of nitrogen source. FEMS Yeast Res 2012, 12:477–485.
Jiranek V, Langridge P, Henschke PA: Amino acid and ammonium utilization by Saccharomyces cerevisiae wine yeasts from a chemically defined medium. Am J Enol Vitic 1995, 46:75–83.
Bisson LF: Stuck and sluggish fermentations. Am J Enol Vitic 1999, 50:107–119.
Blateyron L, Sablayrolles JM: Stuck and slow fermentations in enology: statistical study of causes and effectiveness of combined additions of oxygen and diammonium phosphate. J Biosci Bioeng 2001, 91:184–189.
Varela C, Pizarro F, Agosin E: Biomass content governs fermentation rate in nitrogen-deficient wine musts. Appl Environ Microb 2004, 70:3392–3400.
Albertin W, Marullo P, Aigle M, Dillmann C, de Vienne D, Bely M, Sicard D: Population size drives industrial Saccharomyces cerevisiae alcoholic fermentation and is under genetic control. Appl Environ Microb 2011, 77:2772–2784.
Malherbe S, Fromion V, Hilgert N, Sablayrolles J-M: Modeling the effects of assimilable nitrogen and temperature on fermentation kinetics in enological conditions. Biotechnol Bioeng 2004, 86:261–272.
Bisson LF: Influence of nitrogen on yeast and fermentation of grapes. Proc Int Symp Nitrogen Wines Grapes 1991, 42:78–89.
Bell S-J, Henschke PA: Implications of nitrogen nutrition for grapes, fermentation and wine. Aust J Grape Wine Res 2005, 11:242–295.
Manginot C, Roustan J, Sablayrolles J: Nitrogen demand of different yeast strains during alcoholic fermentation. Importance of the stationary phase. Enzyme Microb Tech 1998, 23:511–517.
Julien A, Roustan J-L, Dulau L, Sablayrolles J-M: Comparison of nitrogen and oxygen demands of enological yeasts: technological consequences. Am J Enol Vitic 2000, 51:215–222.
Gutiérrez A, Chiva R, Sancho M, Beltran G, Arroyo-López FN, Guillamon JM: Nitrogen requirements of commercial wine yeast strains during fermentation of a synthetic grape must. Food Microbiol 2012, 31:25–32.
Camarasa C, Sanchez I, Brial P, Bigey F, Dequin S: Phenotypic landscape of Saccharomyces cerevisiae during wine fermentation: evidence for origin-dependent metabolic traits. PLoS One 2011, 6:e25147.
Crépin L, Nidelet T, Sanchez I, Dequin S, Camarasa C: Sequential use of nitrogen compounds by yeast during wine fermentation: a model based on kinetic and regulation characteristics of nitrogen permeases. Appl Environ Microbiol 2012, 78:8102–8111.
Magasanik B, Kaiser CA: Nitrogen regulation in Saccharomyces cerevisiae . Gene 2002, 290:1–18.
Ljungdahl PO, Daignan-Fornier B: Regulation of amino acid, nucleotide, and phosphate metabolism in Saccharomyces cerevisiae . Genetics 2012, 190:885–929.
Kitamoto K, Yoshizawa K, Ohsumi Y, Anraku Y: Dynamic aspects of vacuolar and cytosolic amino acid pools of Saccharomyces cerevisiae . J Bacteriol 1988, 170:2683–2686.
Sablayrolles JM, Barre P, Grenier P: Design of a laboratory automatic system for studying alcoholic fermentations in anisothermal enological conditions. Biotechnol Tech 1987, 1:181–184.
Ohsumi Y, Kitamoto K, Anraku Y: Changes induced in the permeability barrier of the yeast plasma membrane by cupric ion. J Bacteriol 1988, 170:2676–2682.
R Development Core Team: A Language And Environment For Statistical Computing. In ᅟ. Vienna, Austria: R Foundation for Statistical Computing; 2012. ISBN 3-900051-07-0.
Hochberg Y: A sharper Bonferroni procedure for multiple tests of significance. Biometrika 1988, 75:800–803.
Lê S, Josse J, Husson F: FactoMineR: An R package for multivariate analysis. J Stat Softw 2008, 25:1–18.
Albers E, Larsson C, Lidén G, Niklasson C, Gustafsson L: Influence of the nitrogen source on Saccharomyces cerevisiae anaerobic growth and product formation. Appl Environ Microb 1996, 62:3187–3195.
Norbeck J, Blomberg A: Amino acid uptake is strongly affected during exponential growth of Saccharomyces cerevisiae in 0.7 M NaCl medium. FEMS Microbiol Lett 1998, 158:121–126.
Horák J: Amino acid transport in eucaryotic micro-organisms. Biochim Biophys Acta 1986, 864:223–256.
Eddy AA: Mechanisms of solute transport in selected eukaryotic micro-organisms. Adv Microb Physiol 1982, 23:1–78.
Vallejo CG, Serrano R: Physiology of mutants with reduced expression of plasma membrane H + -ATPase. Yeast 1989, 5:307–319.
Marini AM, Vissers S, Urrestarazu A, André B: Cloning and expression of the MEP1 gene encoding an ammonium transporter in Saccharomyces cerevisiae . EMBO J 1994, 13:3456–3463.
Marini AM, Soussi-Boudekou S, Vissers S, Andre B: A family of ammonium transporters in Saccharomyces cerevisiae . Mol Cell Biol 1997, 17:4282–4293.
Lorenz MC, Heitman J: The MEP2 ammonium permease regulates pseudohyphal differentiation in Saccharomyces cerevisiae . EMBO J 1998, 17:1236–1247.
Dubois E, Grenson M: Methylamine/ammonia uptake systems in Saccharomyces cerevisiae : multiplicity and regulation. Mol Gen Genet 1979, 175:67–76.
Boeckstaens M, André B, Marini AM: The yeast ammonium transport protein Mep2 and its positive regulator, the Npr1 kinase, play an important role in normal and pseudohyphal growth on various nitrogen media through retrieval of excreted ammonium. Mol Microbiol 2007, 64:534–546.
Beltran G, Novo M, Rozès N, Mas A, Guillamón JM: Nitrogen catabolite repression in Saccharomyces cerevisiae during wine fermentations. FEMS Yeast Res 2004, 4:625–632.
Cooper TG: Transmitting the signal of excess nitrogen in Saccharomyces cerevisiae from the Tor proteins to the GATA factors: connecting the dots. FEMS Microbiol Rev 2002, 26:223–238.
Georis I, Feller A, Tate JJ, Cooper TG, Dubois E: Nitrogen catabolite repression-sensitive transcription as a readout of Tor pathway regulation: the genetic background, reporter gene and GATA factor assayed determine the outcomes. Genetics 2009, 181:861–874.
Cooper TG: Nitrogen Metabolism In Saccharomyces Cerevisiae. In The Molecular Biology Of The Yeast Saccharomyces. New York (USA): Cold Spring Harbor Laboratory Press; 1982:39–99.