酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）是一种兼性厌氧微生物，具有生长周期短、发酵能力强、容易进行大规模培养以及含有多种蛋白质、氨基酸、维生素、生物活性物质等丰富的营养成分等优点。自1996年以来，酿酒酵母作为真核模式生物已经完成了全基因组测序、转录组分析、蛋白质相互作用网络图以及代谢功能图谱等工作。

 

 

基因敲除酿酒酵母的应用：

  • 作为模式生物的研究应用：除上述提到的生长周期短和发酵能力强特点外，酿酒酵母还具有基因组小、实验操作简便、具有稳定的单倍体和二倍体细胞状态等优点，其使得酿酒酵母成为研究基因功能、基因调控和基因表达的理想模型。
  • 基因功能鉴定与疾病研究：酿酒酵母基因转化与性状互补已被广泛地应用到确定新外源基因的功能中。通过基因敲除技术，可以精确地对酿酒酵母基因组中的任意基因进行置换，并观察相关基因功能的改变。例如，科学家可以将外源基因克隆于酿酒酵母表达载体上，转化野生型或突变型酵母菌株，通过观察酵母的表型变化来推测该基因的生物学功能。
  • 疾病研究：许多基因突变与癌症密切相关，而在酿酒酵母中人工导入基因突变是相对轻松的。通过这种方式，可以快速检测出某些基因突变的功能，并初步评估其在癌症形成中的作用。此外，酿酒酵母还可以用于筛选抗癌药物，评估化疗药物对细胞的毒性和致死效果。
  • 药物筛选与安全性评估：酿酒酵母还可以用于药物筛选和安全性评估。在研究新药时，需要评估药物的效果和副作用。通过基因敲除技术，可以构建具有特定基因缺陷的酿酒酵母菌株，用于模拟人类疾病状态，从而评估药物在特定疾病状态下的疗效和安全性。
  • 代谢工程与工业应用：通过基因敲除技术，可以改造酿酒酵母的代谢途径，使其更适合工业生产。例如，在酿酒过程中，甘氨酸被酵母甘氨酸脱羧酶系催化生成甲醇，通过基因敲除酿酒酵母的甘氨酸代谢生成甲醇途径，可以实现酿造低甲醇健康酒。
  • 生物制品生产：酿酒酵母在发酵工业中具有广泛的应用，可以用于生产酒精、啤酒、葡萄酒等饮品，以及乳酸、柠檬酸等有机酸。通过基因敲除技术，可以进一步优化酿酒酵母的发酵性能，提高生物制品的产量和质量。

 

基因敲除酿酒酵母在生物科研中具有广泛的应用前景，不仅有助于深入了解真核生物的基因结构、表达和调控等方面，还可以为疾病研究、代谢工程、工业生产和药物筛选等领域提供有力支持。

点击了解微谨生物基因敲除酿酒酵母服务

基因敲除酿酒酵母研究案例

案例一、酿酒酵母基因敲除库（YKOC）基因组结构与稳定性全分析

剑桥大学的Stephen P. Jackson研究组在Nature杂志上发表了题为《Genome architecture and stability in the Saccharomyces cerevisiae knockout collection》的文章。该研究对酿酒酵母基因敲除库（Yeast Saccharomyces cerevisiae gene-knockout collection, YKOC）中几乎全部的纯合二倍体酵母品系进行了全基因组测序，深入解析了基因敲除对全基因组的结构以及稳定性方面的影响。

研究发现，在酿酒酵母中，超过80%（约6200个）的基因为非关键基因，这些非关键基因的存在表明基因组能够缓冲基因敲除后所带来的影响。通过对4732个纯合二倍体品系的全基因组测序，研究组发现约36%的YKOC菌株携带有重复DNA或者是染色体异常。其中，151个基因的任何一个缺失或者是多个均改变都会引起基因组结构的变化或者是基因组不稳定性产生，表明这些基因产物可以保护基因组免受不稳定性因素的影响。

该研究不仅为理解基因缺失如何影响基因组结构与稳定性提供了重要信息，还为与DNA拷贝数、非整倍性的变异与发育障碍、癌症以及其他疾病的研究提供了全基因组尺度的信息。

 

(a) Number of “independent” mutations in the YKOC by gene: grey = genes with short repetitive regions; yellow = genes carrying “founder” mutations; green = other frequently-mutated genes. (b) Enrichment of ATP1-3 and SIT4 mutations in rho0 strains. (c-d) Average number of SNVs/INDELs in YKOC strains versus the wild-type (BY4743) and between different colonies of the same KO strain. (e) Clustering of hypermutator KO strains based on their SNV and INDEL patterns and schematic of potential underlying mutagenic processes.

 

案例二、利用敲除技术构建酿酒酵母SFA1/ADH3基因缺失突变株的研究

福建师范大学的研究团队在生物学领域开展了利用敲除技术构建酿酒酵母SFA1/ADH3基因缺失突变株的研究，并成功构建了SFA1和ADH3基因缺失的酿酒酵母突变株。

研究团队首先应用PCR为介导的基因敲除技术，成功构建了SFA1基因敲除组件，并转化酿酒酵母YS_1一次性敲除SFA1两个等位基因，获得SFA1双倍体基因缺失突变株YS_1-SFA1。接着，利用G418（Kan~r）抗性筛选标记依次敲除YS_3酿酒酵母ADH3两个等位基因，成功获得高遗传稳定性ADH3基因缺失突变株YS_3-ADH3。该突变株在厌氧条件下生长行为与出发菌株相比呈现明显的差异，是研究ADH3基因代谢调控及信号通路传导机制的良好材料。

此外，研究还发现与模式S.cerevisiae相比，酿酒酵母YS_3与YS_4的ADH3及SFA1基因上下游调控序列存在明显差异。