非釀酒酵母菌株區分技術研究進展

郭方圓 張方方 孫悅

摘 要：隨著對葡萄酒釀造過程中非釀酒酵母的不斷深入了解，人們對非釀酒酵母在葡萄酒釀造中帶來的特征性香氣口感越發重視，但對于不同的非釀酒酵母能帶來的香氣的研究還不夠深入，難以區分非釀酒酵母菌株。因此，本文介紹了隨機擴增多態性DNA法、傅里葉變換紅外吸收光譜法、串聯重復tRNA指紋圖譜法、擴增片段長度多態性法、微衛星DNA標記法等5種DNA分子標記技術的方法和原理，同時探討了DNA分子標記技術在國內外非釀酒酵母菌株區分中的應用狀況與前景。

關鍵詞：非釀酒酵母菌株；隨機擴增多態性DNA法；傅里葉變換紅外吸收光譜法；串聯重復tRNA指紋圖譜法；擴增片段長度多態性法

Research Progress in the Identification Technology of Non-Saccharomyces cerevisiae Strains

GUO Fangyuan1， ZHANG Fangfang2， SUN Yue1

（1.School of Food and Wine， Ningxia University， Yinchuan 750021， China; 2.Angel Yeast Co.， Ltd.， Hubei Key Laboratory of Yeast Function， Yichang 443000， China）

Abstract： With the continuous in-depth understanding of non-Saccharomyces cerevisiae in the process of wine brewing， people pay more attention to the characteristic aroma and taste of non-Saccharomyces cerevisiae in wine brewing， but the research on the aroma that different non-Saccharomyces cerevisiae can bring is not deep enough， and it is difficult to distinguish non-Saccharomyces cerevisiae strains. Therefore， this paper introduces the methods and principles of five DNA molecular marker technologies， including random amplified polymorphic DNA， Fourier transform infrared spectroscopy， tandem repeat-tRNA fingerprint， amplified fragment length polymorphism， and microsatellite DNA method. At the same time， it discusses the application status and prospects of DNA molecular marker technology in the differentiation of non-Saccharomyces cerevisiae strains at home and abroad.

Keywords： non-Saccharomyces cerevisiae strains; random amplified polymorphic DNA; Fourier transform infrared spectroscopy; tandem repeat-tRNA fingerprinting method; amplified fragment length polymorphism

在葡萄酒釀造過程中，酵母影響葡萄酒的風味，其中非釀酒酵母被越來越多的研究者所重視。不同地域葡萄酒的獨特口感和香氣差別主要源于各地區獨特的非釀酒酵母。因此，找到區分不同非釀酒酵母菌株的鑒別方法，確定相應的非釀酒種屬，可為研究各類非釀酒酵母的理化特性和提升葡萄酒釀造水平打下基礎。本文通過介紹幾種DNA分子標記方法的原理和優缺點，探討其在非釀酒酵母菌株區分中的應用狀況與前景。

1 RAPD標記法

1.1 RAPD技術在非釀酒酵母菌株區分中的應用

隨機擴增多態性DNA法（Random Amplified Polymorphic DNA，RAPD）是一種DNA多態性檢測技術。RAPD的原理是以不同菌株的基因組DNA為模板，采用隨機的寡聚核苷酸為引物，在熱穩定DNA多聚酶的作用下，對基因組PCR擴增，可以檢測到整個基因組的DNA，顯示出不同菌株之間的差異。

LOPANDIC等[1]用RAPD技術對Metschnikowia的10個種進行研究，RAPD-PCR指紋圖譜支持了該屬在種水平的分離。李冬梅等[2]以RAPD技術可以明確鑒別Candida albicans和Candida tropicalis種內差異。徐勇等[3]采用RAPD技術成功對Candida sp、Pachysolen tanophilu、Pichi stipit不同種進行區分。

1.2 RAPD優缺點

RAPD技術簡單且效率高，短時間內可獲得大量DNA多態性片段。該技術在特異性方面表現突出，可檢測到單個堿基的置換；在反應引物方面，無須專門設計相關引物就可以使用；在購買成本方面，由于使用量少，成本較為低廉。此外，RAPD技術可以直接對所檢測的DNA多態性進行分析。但RAPD技術復性溫度低、特異性較低、PCR循環次數因引物濃度不同而不同和基因組DNA復雜等，因而重復性較低，易受外界DNA污染的干擾。此外，引物的篩選和反應條件的優化往往也需要花費較多的時間。

2 FT-IR法

2.1 FT-IR在非釀酒酵母菌株區分中的應用

傅里葉變換紅外吸收光譜學（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FT-IR）于20世紀90年代開發，用于微生物的鑒定和表征，其工作原理是紅外輻射由光源發射，并通過干涉儀穿過樣品，產生干涉條紋。“干涉圖”由探測器記錄為信號，然后將其放大，最后將其傳輸到計算機中，在計算機中執行傅里葉變換并將干涉圖轉換為光譜。

GRANGETEAU等[4]使用FT-IR技術從58株Candida. zemplinina分離株中鑒定出19株不同菌株。宋雅迪等[5]采用FT-IR技術對6種高滲酵母（Saccharomyces cerevisiae、Meyerozyma caribbica、Wickerhamomyces anomalus、Torulaspora delbrueckii、Crytococcus magnus、Sporobolomyces roseus）進行分類。

2.2 FT-IR優缺點

FT-IR光譜的優點為實驗速度快，易于使用，對所測樣品沒有損傷，不產生污染；光譜質量高，通透性好，靈敏度高；對所有微生物具有普遍適用性，應用范圍廣；光譜掃描范圍寬；具有表征非酵母種內生物多樣性的能力和鑒別許多菌株的可能性。但光譜相對較敏感，易受到外界環境和實驗儀器的影響，在進行相關定性分析時，會有相應的限制，影響了FT-IR光譜的應用范圍和應用領域。

3 TRtRNA指紋圖譜法

3.1 TRtRNA指紋圖譜法在非釀酒酵母菌株區分中的應用

串聯重復tRNA（Tandem Repeat-tRNA，TRtRNA）指紋圖譜法考慮到串聯重復序列隨機分散在所有真核生物基因組中，tRNA基因保守且存在于不同染色體中的幾個拷貝基因中，這是基于串聯重復序列的不同寡核苷酸與基于保守tRNA區域的第二個寡核苷酸相結合的方法。

BARQUET等[6]通過TRtRNA指紋圖譜法實現了H. vineae、H. uvarum和H. opuntiae種間和種內差異性分析。田進等[7]采用TRtRNA指紋圖譜法研究118株野生有孢漢遜酵母屬酵母菌，測出該屬種內差異。王春曉等[8]采用26S rRNA基因D1/D2區域序列分析方法將59株酵母菌鑒定為6個酵母菌種，并采用串聯重復tRNA指紋圖譜法展示了17個基因型。

3.2 TRtRNA指紋圖譜法優缺點

TRtRNA指紋圖譜法流程相對簡單，整體流程可重復，對非釀酒酵母具備較高的鑒別能力；相對于擴增片段長度多態性（Amplified Fragment Length Polymorphism，AFLP）技術，TRtRNA指紋圖譜法對DNA的質量和數量的要求低，技術相較而言更為簡單。但tRNA基因隨機分散，單獨使用串聯重復序列基因對非釀酒酵母的鑒定能力較低。同時，某些菌株的TRtRNA指紋圖譜單一，未展現TRtRNA指紋圖譜差異。

4 AFLP法

4.1 AFLP在非釀酒酵母菌株區分中的應用

AFLP是一種基于聚合酶鏈反應（Polymerase Chain Reaction，PCR）擴增檢測基因組限制性片段的高分辨基因分型工具。通常在變性聚丙烯酰胺凝膠上擴增和檢測50～100個限制性酶切片段。ESTEVE-ZARZOSO等[9]采用AFLP技術從一次自發發酵中分離出180個菌落，H uvarum分為11種不同的菌株，H vineae分為6種不同的菌株：C zemplinina分為4種不同的菌株。ALBERTIN等[10]采用AFLP技術對47株H. uvarum進行研究，結果表明AFLP可以有效進行H. uvarum菌株水平的差異分析。

4.2 AFLP的優缺點

AFLP方法已被證明對酵母基因分型非常有用。與大多數其他分型技術相比，該技術更具鑒別性、多態性、可重復性和可靠性。在一個泳道中揭示許多多態性條帶的能力是AFLP標記的主要優點，且能同時分析凝膠上的許多條帶，使得AFLP非常高效。該方法顯示出較高的鑒別能力和良好的再現性，其能在物種和菌株水平上進行有效鑒別。然而，該技術的缺點是非常費力，片段分離需要大型、高度復雜的聚丙烯酰胺凝膠或自動測序儀，數據也難以進行相關分析處理，需應用復雜的生物信息學程序，這些特征限制了其在工業中的應用。

5 微衛星DNA分子標記法

5.1 微衛星DNA標記在非釀酒酵母菌株區分中的應用

微衛星指“短DNA序列的重復”，根據微衛星序列兩端的互補序列設計引物，通過PCR反應擴增微衛星片段，根據分離片段的多態性區分不同的菌株。ALBERTIN等[11]使用微衛星分型技術對Brettanomyces bruxellensis菌株進行遺傳分析，區分鑒定了18株中的13株。ALBERTIN等[12]通過開發8個微衛星標記，對110株菌株進行基因分型，110株供試菌株均顯示獨特的基因型。汪國慶等[13]使用微衛星技術對50株熱帶假絲酵母菌（Candida tropicalis）進行鑒定，經重復序列聚合酶鏈反應（Repetitive Extragenic Palindromic Polymerase Chain Reaction，REP-PCR）分型共得到7種REP-PCR型。

5.2 微衛星DNA分子標記的優缺點

微衛星DNA分子標記技術具有高重復性、多等位性、共顯性遺傳、廣泛的基因組覆蓋率、染色體特異性和PCR自動檢測等特點，微衛星工具具有便攜性，可以比較不同實驗室的基因分型。微衛星具有高變異性，易于PCR擴增和解釋，常用于區分分離株的標記物；其拷貝數在個體間呈現高度變異，已成為基因組遺傳圖譜和物理圖譜的理想界標，廣泛應用于分析遺傳多樣性、確定品種間親緣關系、個體識別等。

微衛星技術也有一定的不足：SSR位點的突變率高，對環境敏感；SSR能夠進行標記的位點有限，無法做到對功能基因全部標記，無法建立起成體系的遺傳關系圖譜；操作復雜，過程煩瑣；SSR引物成本高，需進行大量開發和合成才能滿足相關實驗需要；在進行測序凝膠時，會自動確定長度，因此會與真正的測序長度有差異，對堿基序列造成缺失等相關誤差。

6 展望

隨著分子生物學的迅猛發展和新型儀器設備的應用，DNA分子標記技術在不斷發展和更新。相對于傳統形態學鑒別和現代生理生化分析技術，DNA分子標記技術因其多樣性和準確性被越來越多地應用于非釀酒酵母菌的鑒定。

鑒于幾種DNA分子標記技術都有其優缺點，其廣泛適用性相對較差，不能以某一種技術區分所有的非釀酒酵母。因此，除部分非釀酒酵母可以被單一技術鑒別外，大部分非釀酒酵母的鑒別都需要使用不同的技術進行嘗試，或結合兩種及兩種以上的方法，需要不同的序列分析等多個指標綜合分析，才能獲得正確結論。因此，對于非釀酒酵母的DNA鑒定方法，過程簡單化、流程自動化、發展商業化是未來DNA分子標記技術的發展核心。雖然國內在非釀酒酵母遺傳多樣性方面的研究還相對較少，但可以預見，DNA分子標記技術在葡萄酒非釀酒酵母菌種的分類鑒定有著非常廣闊的研究前景，在酵母菌株區分、菌種的鑒定、遺傳多樣性研究方面將發揮重要作用。

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