高核酸酿酒酵母高通量育种关键技术及菌株产业化应用

1、项目基本情况 本项目研究内容属于生物工程学科范畴，食品微生物领域。核糖核酸（RNA）的降解物或衍生物是多种药物的有效成分，具有提高人与动物的免疫力等保健功效，在医药、食品、化妆品和农业等产业有较好的应用潜力。提高核酸衍生产品品质、降低成本的根本是提高菌株的核酸含量，一般用热带假丝酵母较多，存在食品安全隐患。作为食品安全级微生物，酿酒酵母是公认最理想的RNA源，目前国内外对酵母RNA的下游酶解工艺研究较多，关于高核酸酵母选育的研究较少，仅有少数研究利用驯化培养或非理想诱变技术，通过逐个测定RNA含量筛选高核酸酵母菌株。由于RNA含量检测操作繁琐、误差较大，难以实现规模化筛选。制约高核酸酵母育种的限制性因素是存在无法反映RNA含量变化的规模化筛选体系和转基因育种问题。因此，开展非转基因的高核酸酵母规模化选育技术显得尤为重要。

本项目在国家自然科学基金（31801515）、山东省自然科学基金（ZR2019PC010）和山东省重点研发（重大创新工程）项目（2017CXGC1105）的支持下，经过4年协同攻关克服了以上技术瓶颈。利用合成生物学技术针对性地设计、构建并优化RNA聚合酶I指导报告基因（GFP等）表达的新型表达体系，在酵母中实现了表达。通过荧光变化反映胞内rRNA合成变化，该表达体系与诱变技术和细胞分选技术相结合，用于高核酸酵母的规模化筛选。由于该表达体系是构建适用于酿酒酵母关于菌株的高拷贝附加体质粒上的，获得高核酸酵母菌株后，可借助其在酵母中的不稳定性，通过连续传代即可轻易消除，操作方便，避免了转基因问题，为食品安全提供了保障。本研究团队利用该高通量筛选策略获得了一株核酸含量在15%左右的酿酒酵母工业菌株，高于同类酵母核酸含量，具有较好的工业应用潜力。

2、核心技术及指标 （1）建立了基于DNA聚合酶I新型蛋白表达体系。 （2）高核酸酵母高通量筛选技术与非转基因育种技术。 （3）选育得到核酸含量提高15%（相比某公司工业化的菌株）的非转基因酿酒酵母。

3、经济和社会效益 核酸应用于： （1）医药领域：核酸是新一代的生物药物，具有遗传、催化，能量贮存，能量供给及增强免疫力等多种功能。治疗心肌梗塞及于扰素诱导剂方面具有广阔的前途。研究表明，核酸制品能延缓机体衰老过程并协调机体内部营养平衡，对冠心病、脑血管病，糖尿病和肿瘤等疾病均有积极疗效。 （2）食品领域：可作为食品增味剂，已成为新一代强化营养保健型食品增味剂，具有食品属性、非食品添加剂的鲜味物质，具有增鲜增味，降盐淡盐，平衡异味，耐受性强等特点，广泛应用于休闲食品、肉制品、方便面、酱油等食品调味领域，越来越受到市场的青睐。 （3）化妆品领域：能够促进皮肤的新陈代谢，具有防皱，生肌的作用，使皮肤变得光滑，对各种皮肤病均能起到较佳的治疗效果。可添加于洗涤剂，乳化剂，雪花音，乳液等化妆品中。 （4）农牧渔业领域：核酸水解物腺苷酸可被用作植物的生物激素，是制造天然细胞分裂素，激励素，玉米素等腺嘌呤衍生物的原料，具有增产和早熟效果。

本成果建立了高核酸酵母选育的高通量筛选体系，可弥补传统的高核酸酵母育种无法直接反映RNA含量的缺陷，将成为高核酸酵母选育的主要方法，并成功选育得到高核酸酵母菌株，有效提高了核酸合成通量和产量，对高核酸酵母在医药、食品、化妆品和农业等行业中的应用具有重要意义，经济价值巨大，市场前景广阔。

4、技术转化所需条件 根据企业发展需求和规划商讨。

1、项目基本情况本项目研究内容属于生物工程学科范畴，食品微生物领域。

核糖核酸（RNA）的降解物或衍生物是多种药物的有效成分，具有提高人与动物的免疫力等保健功效，在医药、食品、化妆品和农业等产业有较好的应用潜力。提高核酸衍生产品品质、降低成本的根本是提高菌株的核酸含量，一般用热带假丝酵母较多，存在食品安全隐患。作为食品安全级微生物，酿酒酵母是公认最理想的RNA源，目前国内外对酵母RNA的下游酶解工艺研究较多，关于高核酸酵母选育的研究较少，仅有少数|研究利用驯化培养或非理想诱变技术，通过逐个测定RNA含量筛选高核酸酵母菌株，由于RNA含量检测操作繁琐、误差较大，难以实现规模化筛选。制约高核酸酵母育种的限制性因素是存在无法反映RNA含量变化的规模化筛选体系和转基因育种问题。因此，开展非转基因的高核酸酵母规模化选育技术显得尤为重要。本项目在国家自然科学基金（31801515)、山东省自然科学基金（ZR2019PC010）和山东省重点研发（重大创新工程）项目（2017CXGC1105)的支持下，经过4年协同攻关克服了以上技术瓶颈，利用合成生物学技术针对性地设计、构建并优化RNA聚合酶I指导报告基因（GFP等）表达的新型表达体系，在酵母中实现了表达，通过荧光变化反映胞内rRNA合成变化，该表达体系与诱变技术和细胞分选技术相结合，用于高核酸酵母的规模化筛选，由于该表达体系是构建适用于酿酒酵母关于菌株的高拷贝附加体质粒上的，获得高核酸酵母菌株后，可借助其在酵母中的不稳定性，通过连续传代即可轻易消除，操作方便，避免了转基因问题，为食品安全提供了保障。本研究团队利用该高通量筛选策略获得了一株核酸含量在15%左右的酿酒酵母工业菌株，高于同类酵母核酸含量，具有较好的工业应用潜力。

2、核心技术及指标（1）建立了基于DNA聚合酶I新型蛋白表达体系。

（2）高核酸酵母高通量筛选技术与非转基因育种技术。；（3）选育得到核酸含量提高15%（相比某公司工业化的菌株）的非转基因酿酒酵母。

3、经济和社会效益核酸应用于：（1）医药领域：核酸是新一代的生物药物，具有遗传、催化，能量贮存，能量供给及增强免疫力等多种功能。治疗心肌梗塞及于扰素诱导剂方面具有广阔

的前途。研究表明，核酸制品能延缓机体衰老过程并协调机体内部营养平衡，对冠心病、脑血管病，糖尿病和肿瘤等疾病均有积极疗效。（2）食品领域：可作为食品增味剂，已成为新一代强化营养保健型食品增味剂，具有食品属性、非食品添加剂的鲜味物质，具有增鲜增味，降盐淡盐，平衡异味，耐受性强等特点，广泛应用于休闲食品、肉制品、方便面、酱油等食品调味领域，越来越受到市场的青睐。（3)化妆品领域：能够促进皮肤的新陈代谢，具有防皱，生肌的作用，使皮肤变得光滑，对各种皮肤病均能起到较佳的治疗效果。可添加于洗涤剂，乳化剂，雪花音，乳液等化妆品中。（4)农牧渔业领域：核酸水解物腺苷酸可被用作植物的生物激素，是制造天然细胞分裂素，激励素，玉米素等腺嘌呤衍生物的原料，具有增产和早熟效果。

本成果建立了高核酸酵母选育的高通量筛选体系，可弥补传统的高核酸酵母育种无法直接反映RNA含量的缺陷，将成为高核酸酵母选育的主要方法，并成功选育得到高核酸酵母菌株，有效提高了核酸合成通量和产量，对高核酸酵母在医药、食品、化妆品和农业等行业中的应用具有重要意义，经济价值巨大市场前景广阔。

4、技术转化所需条件根据企业发展需求和规划商讨。