近年來，以化學燃料為基礎的化學工業導致了嚴重的空氣污染，而其中二氧化碳的排放是氣候變化的重要影響因素，因此傳統化工業正在開始向綠色低碳生物制造過渡。生物乙醇是一種較為環保的燃料，相比于普通燃料，它更加純凈，耗氧量更低，燃燒更加充分，有利于減少溫室氣體的排放。

利用釀酒酵母合成乙醇是一種快速，環保，經濟的生產方法，但是如何提高乙醇產量和生產效率仍然是一大挑戰。在發酵過程中滲透壓、有機溶劑脅迫、溫度、離子脅迫、氧化應激等因素都會影響酵母的乙醇產量，一系列物理、化學誘變、基因工程以及代謝工程的手段被用于開發乙醇合成能力較強的釀酒酵母突變株。然而，由于缺乏能夠快速表征乙醇合成的高通量篩選方法，研究人員只能使用生長指標等進行初步篩選，無法準確表征乙醇合成能力。

近日，廣西科技大學牛福星、龍秀鋒團隊通過ARTP隨機突變技術和基于三苯基-2H-四唑氯化銨（TTC）及前體物丙酮酸（或丙酮酸自由基離子）與Fe3+發生絡合反應呈現黃色（Py-Fe3+）的雙重高通量篩選方法，成功建立了高產乙醇釀酒酵母高效突變及高通量篩選體系，相關研究以“A High-Throughput Screening Procedure (Py-Fe3+) for Enhancing Ethanol Production by Saccharomyces cerevisiae Using ARTP Random Mutagenesis”為題發表在Processes上。

研究團隊建立并實施了一種新的釀酒酵母誘變篩選策略。發酵培養基中硝酸鐵與丙酮酸（或丙酮酸自由基離子）反應形成的黃色物質在OD520處具有很強的線性關系。來自同一釀酒酵母的衍生酵母的乙醇發酵能力與發酵液中丙酮酸的濃度成反比。通過ARTP誘變構建大容量突變庫，并通過高通量Py-Fe3+篩選方法，篩選出具有高糖耐量的突變釀酒酵母菌株。進化的釀酒酵母NT-F1的乙醇產量達到135.58 g/L，生產效率達到81.64%，比出發菌株GJ2008高20.46%。本研究所建立的方法及其應用將有效促進釀酒酵母培養物的高精度篩選，并提高乙醇合成的效率。
   

背景信息

研究團隊所使用的ARTP誘變育種儀是天木生物聯合清華大學相關團隊共同開發的世界上首臺利用等離子體手段對微生物進行誘變育種的專用儀器。該儀器突變率高，并且結構緊湊、操作簡便、安全性高、誘變速度快，一次性誘變操作（數分鐘以內）即可獲得大量突變庫，極大地提高了菌種突變強度和突變庫數量；ARTP技術結合高通量篩選技術，可實現對生物快速高效的進化育種。常壓室溫等離子體（ARTP）同傳統的低壓氣體放電等離子體源相比，具有等離子體射流溫度低、放電均勻、化學活性粒子濃度高等特點。該儀器可以用于原核生物（如酵母、放線菌等）、真核生物（如霉菌、酵母、藻類、高等真菌等），不同型號的設備可以處理不同的對象，如ARTP-P可以對植物（花粉、種子、胚芽），動物（受精卵、幼苗）等等。