2024年11月4日，Nature Chemical Biology在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心杨晟研究组题为“Engineering a xylose fermenting yeast for lignocellulosic ethanol production”的研究论文，开发了一株能高效利用秸秆糖的酵母并揭示其高产机制，已用于商业化生产纤维素乙醇。

将秸秆转化为可发酵糖，采用稀酸蒸汽爆破预处理技术及诺和新元（由原诺维信和科汉森公司合并而成）的纤维素酶，应该是最接近商业化的技术方案；而将秸秆糖经济地转化为燃料乙醇乃至其它化学品，需要抗逆性能优异且能高速发酵木糖的微生物。诺和新元公司与中粮生化合作进行玉米秸秆产乙醇的中试，但从第三方引进的木糖酵母性能仍有待提升，且未获商业许可。诺和新元公司吴文平博士和分子植物卓越中心杨晟研究员交流后达成共识，决定开发一株国产木糖酵母。

杨晟实验室针对诺和新元提供的玉米秸秆糖液筛选了一批酵母，发现中国酒精工业所用的安琪超酒酵母抗逆性能较好，在此基础上引入并优化了木糖利用途径。最关键的是，研究团队确认钠盐而非之前报道的其它物质为主要抑制因子，交替使用逐步升高钠盐浓度的木糖培养基和葡萄糖/木糖混合培养基进行百余代的适应性进化，获得了满足技术成功标准的木糖酵母。该木糖酵母不仅仅填补了国内空白，还胜过了诺和新元公司测试过的其他酵母及收到的酵母表现数据，成为全球纤维素乙醇工厂的首选。

自正式商用以来，“秸酿”已经生产了超十万吨纤维素乙醇，证实了该酵母在甘蔗渣和玉米秸秆水解液中极其优异的性能；并将被应用于转化稻草等其它秸秆原料为酒精。近日，诺和新元获得分子植物卓越中心授权，将该酵母的原料和产品谱扩展至纤维素乙醇以外的更多化学品。双方合作的研究论文不仅描述了 “秸酿”的开发历程，还解析了其高性能机制，并从头构建出一株与进化株性能相当的工程酵母。

杨晟实验室研究生张译文与杨俊杰副研究员为共同第一作者，杨晟研究员为通讯作者。蒋宇博士、刁刘洋博士与工程师钱峰慧、刘映淼、陈军以及研究生孔杨杨、王心、王利钰、朱娇与徐舒参与了研发工作。酵母驯化和评估工作得到了诺和新元公司吴文平博士、任海彧博士、里伟博士、Carsten Hjort博士以及杨红艺和Kate Brandon Sutton的协助与指导。安琪酵母公司李志军总监提供了酵母底盘。其中牛瘤胃木糖异构酶编码序列为山东大学鲍晓明教授所发现。“秸酿”高产机制研究得到国家杰出青年科学基金与国家重点研发计划资助。

论文链接 https://www.nature.com/articles/s41589-024-01771-6

戊糖酵母高产原理