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通过替换 PHO4 基因，利用工业工程酿酒酵母提高甘蔗糖蜜乙醇产量
甘蔗糖蜜（SCM）是制糖过程中的副产品，总糖浓度约为50%。8 由于含糖量高，SCM已成为中国、巴西等国家生产非食品生物乙醇的主要原料。9 中国每年的SCM产量约为380万吨，是广西等蔗糖主产区乙醇发酵的主要原料。10 利用该原料生产乙醇具有来源集中、成本低的优势，在一定程度上可以解决制糖工业对环境的直接污染问题，将废弃物转化为有用资源，从而有可能提高经济效益。然而，SCM生物乙醇行业仍存在乙醇发酵水平低和环境污染严重的两个难题，这主要是由于缺乏高性能的工业酵母菌株造成的。酿酒酵母是工业生产生物乙醇最常用的微生物。各种研究表明，酿酒酵母菌株从 SCM 发酵中获得的乙醇含量 (EC) 约为 79.25 – 96.29 g L 1 。11,12 巴西最佳工业酿酒酵母菌株为 CAT1 和 PE2，EC 分别为 79.25 g L 1 和 77.35 g L 1 。11,13 此外，苏格兰 M 型野生酿酒酵母的 EC 为 82.17 g L 1 。14
AP®生物学 - 评分指南
在真核微生物中，PHO信号通路调节某些基因的表达。这些基因，PHO靶基因，编码参与调节磷酸盐稳态的蛋白质。当细胞外无机磷酸盐（PI）的水平很高时，转录激活剂PHO4被两种蛋白的络合物Pho80 – Pho85磷酸化。结果，未表达PHO靶基因。当细胞外PI的水平较低时，Pho80 -Pho85复合物的活性被另一种蛋白质Pho81抑制，使PHO4能够诱导这些靶基因的表达。该途径的简化模型如图1所示。
AP生物学学生样本来自2023年考试管理
概述问题1描述了PHO信号通路，该途径调节酵母中的磷酸盐稳态。问题刺激提出了一个简化的信号转导途径的模型和一个来自旨在研究Pho81和Pho4（两个蛋白质pho Pho途径）的作用的实验的数据表。在（a）部分中，学生应描述将带电的磷酸组添加到蛋白质中的效果（技能1.a；学习目标[lo] syi-1.c从AP生物学课程和考试描述[CED]）。还期望学生解释如何在信号转导途径中放大信号（技能1.c; lo ist-3.d）。在（b）部分中被期望通过识别因变量来证明对实验设计的理解，从而证明研究人员使用野生型酵母菌菌株作为产生突变菌株的背景，证明使用突变菌株的使用是合理的，这些突变菌株都包含一个对Pho Pathway的单个成分的突变（技能3.C）（技能3.C）。（c）部分中，学生可以通过识别导致最高相对量的PHO1 mRNA（技能4.B）来描述表中的数据。然后，要求学生计算暴露于高细胞外磷酸盐（高PI）环境的野生型细胞中APASE活性的百分比变化，而暴露于低PI环境的环境（技能5.A）。在（d）部分中，学生有望预测一个后续实验的结果，该实验测试了功能突变对PHO85的影响，Pho85是PHO途径中的另一种蛋白质（Skill 3.B; LO IST-3.G）。学生被期望证明他们的预测是合理的（技能6.C）。