A novel approach for the improvement of ethanol fermentation by Saccharomyces cerevisiae

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Abstract:

Fermentation properties under the control of multiple genes are difficult to alter with traditional methods in Saccharomyces cerevisiae. Here, a novel genome engineering approach is developed to improve ethanol production in very high gravity fermentation with 300 g/L glucose as the carbon source. This strategy involved constructing aneuploid strains on the base of tetraploid cells. The tetraploid strain was constructed by using the plasmid YCplac33-GHK, which harbored the HO gene encoding the site-specific Ho endonucleases. The aneuploid strain, WT4-M, was selected and screened after the tetraploid cells were treated with methyl benzimidazole-2-yl-carbamate to induce loss of mitotic chromosomes. It was found that aneuploid strain WT4-M not only exhibited an increase in ethanol production and osmotic and thermal tolerance, but also an improvement in the sugar-ethanol conversion rate. Notably, WT4-M provided up to 9.8% improvement in ethanol production compared with the control strain. The results demonstrated that the strategy of aneuploidy was valuable for creating yeast strains with better fermentation characteristics.

Les propriétés de fermentation contrôlées par de multiples gènes sont difficiles à modifier par les méthodes traditionnelles chez Saccharomyces cerevisiae. Une nouvelle approche d’ingénierie du génome a été développée ici afin d’améliorer la production d’éthanol par la fermentation à très haute gravité de glucose 300 g/L utilisé comme source de carbone. Cette stratégie a impliqué la construction de souches aneuploïdes à partir de cellules tétraploïdes. La souche tétraploïde a été construite à l’aide du plasmide YCplac33-GHK, qui comprend le gène HO codant les endonucléases de restriction Ho. La souche aneuploïde WT4-M a été sélectionnée et criblée après que les cellules tétraploïdes aient été traitées au méthyl benzimidazole-2-yl-carbamate afin d’induire une perte chromosomique lors de la mitose. La souche aneuploïde WT4-M montrait non seulement une augmentation de production d’éthanol et une tolérance osmotique et thermique, mais elle montrait aussi une amélioration du taux de conversion sucre-éthanol. WT4-M démontrait notamment une amélioration de 9,8 % de production d’éthanol comparativement à la souche contrôle. Ces résultats ont démontré que la stratégie de l’aneuploïdie était appropriée pour créer des souches de levures possédant de meilleures caractéristiques de fermentation.

Document Type: Research Article

Publication date: June 1, 2010

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