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基因工程改造葡萄酒品质(2)

2006-02-04 13:34 bioguider 生物技术世界 阅读 0
核心摘要: 斑脱土(Bentonite)优化(在那些葡萄酒中部分可溶的蛋白形成细微的沉淀或者析出之后,精细的添加一种吸附性的化合物)是葡萄酒加工中普遍运用的,去


        斑脱土(Bentonite)优化(在那些葡萄酒中部分可溶的蛋白形成细微的沉淀或者析出之后,精细的添加一种吸附性的化合物)是葡萄酒加工中普遍运用的,去除酒中可能导致胶状薄雾的蛋白质的澄清方法。作为一种阳离子交换剂,斑脱土并不特异性的针对蛋白质起作用,从而也导致形成葡萄酒中芳香和风味的化合物的丢失,这也促使研究人员不断的寻找更好的替代方法。然而,研发能够从酒中特异性的移除蛋白质的方法学上的替代品受到若干因素的制约。

        将葡萄酒中的蛋白质酶促降解为小肽段或者构成它们的氨基酸被认为是斑脱土纯化的一个替代方案。确实在温度大于35℃的条件下,经过商业蛋白水解酶处理的果汁和葡萄酒蛋白总量降低了。但不幸的是,在正常的酿酒和酒类储存条件下,葡萄汁和酒中含有的胶状薄雾形成蛋白表现出对葡萄或者酵母来源的蛋白酶以及其他非葡萄来源的蛋白水解酶具有高度抗性。商业化蛋白水解酶的制备是通过异源性蛋白质(例如牛血清白蛋白)激活并添加到果汁和酿造状态下的葡萄酒中去,表明酒中缺乏能够保护葡萄酒中的蛋白质免受水解作用的酶的抑制剂或者其他化合物。此外,葡萄酒蛋白对于制备过程中蛋白水解酶的显著的抗性不会受到酒中其他组分存在与否的影响,表明这种抗性是这些蛋白质分子内在的性质。但是,在大于35℃的温度条件,或者碱性pH值,或者经过乙醇(50%  v/v)沉降处理的蛋白,则可以在果汁和酒中检测到蛋白水解作用,提示这种蛋白水解的抗性来自于PR蛋白的天然构象。考虑到已知其他植物中的PR蛋白也具有蛋白水解抗性,这一现象也在意料之中了。

        使用特异的、固定的抗体来移除PR蛋白则不得不将葡萄酒本身的低pH值特点考虑在内,不适合进行免疫抗原抗体的结合反应。确实,免疫球蛋白的构象在pH2.5~3.0的条件下是可逆转变的,因此会阻碍它们与抗原的结合。

        其他可用的方法也都具有不良的效果。超滤技术能移除大多数的蛋白质,但是也同时导致在形成风味、芳香以及色泽中重要的功能性化合物的丢失,蛋白质残基会滞留在滤器中,导致重生的成本很高。固定的葡萄原花青素通过结合葡萄酒中的蛋白质形成蛋白质稳态的酒。但是其运用有限,原因是,经历少量的循环再生利用之后,结合蛋白质的能力就显著降低了。瞬间巴氏消毒,用于在注入容器前杀灭腐败性的微生物,对于酒的品质具有重要的决定性的作用。因此缺乏合适的特异性移除葡萄酒中蛋白质的方法促使研究人员寻找其他的替代对策。

          

        基因工程再造葡萄藤

        V.vinifera野生型的突变体对于真菌感染具有特征的敏感性,虽然在不同栽培变种之间易感性的程度不同,同时也可能受到天气状况以及其他一切可能影响到PR蛋白合成和积累的因子,以及其他天然防卫机制的影响。因此这些葡萄所酿造的葡萄酒含有不同总量的PR蛋白,相应的表现出在形成胶状薄雾上不同的趋势。杀真菌剂可以成功的控制葡萄感染真菌类疾病,但是,普遍使用杀真菌剂会带来高的经济学成本以及对环境的破坏性后果。转基因技术涉及到使用在其他植物基因组中表达的,编码具有抗真菌活性蛋白的外源性基因。该技术在葡萄中已经得到成功的应用。

        基因移植技术最看好的候选基因包括编码几丁质酶或者(3-1,3-葡聚糖酶)的基因。第一个关于葡萄抗真菌耐受的报道是将木霉中的几丁质酶(一种几丁质内切酶)转到V.vinifera的突变体中。相继的,葡萄根茎41B使用病原体诱导的启动子序列(从紫花苜蓿中克隆)调控,以及均二苯乙烯合成酶基因(从葡萄中克隆)都用作为增加植株对真菌类疾病的抵抗力的手段,特别是针对灰葡萄孢(Botrytis  cinerea)以及葡萄顶枯病(Eutypa  lata)。目前一个水稻的几丁质酶基因通过土壤杆菌感染被转入葡萄的体细胞胚中。一些转化子表现出对由Unicirula.necator引起的白粉病的抗性的提高。

        关于通过过表达PR蛋白来获得植物对真菌感染抵抗能力提高的潮流不可避免的具有严重的缺陷。难以否认,经过遗传修饰后的葡萄由于过表达PR蛋白,将引发酿酒中蛋白质不稳定性相关的问题,目前也仅能够以酒的品质为代价进行妥协。目前分子生物学的应用正飞速发展,与酒的混浊相关的问题可以通过遗传修饰葡萄中基因表达的的模式来克服。因此降低编码PR蛋白基因的表达,很可能减少甚至根除葡萄酒中蛋白质不稳定相关的难题。但是,考虑到PR蛋白在生理学中的作用,修饰后的低表达PR蛋白的葡萄必然对于真菌类病原微生物的感染抵抗能力降低。换言之,目前的技术允许我们制造抵抗真菌感染的葡萄,能获得更高的葡萄产量,但是在造酒方面将面临不稳定性上的更大的问题;或者制造对真菌感染更敏感的葡萄,或者以更高密度的使用化学杀真菌剂的代价,来生产更稳定的葡萄酒。

        稳定葡萄酒的解决方案包括发展在不牺牲植物的天然抵抗能力和产量的前提下,减少PR蛋白积累的对策,目前还依赖于在葡萄种植业实践、酿酒学研究以及杀真菌剂应用之间的精细平衡。栽培实践活动以及作物生物气候学(例如修枝的实践)也能发展为替代性的疾病控制方法。在开花后正确移除基部的枝叶,芽的定位和棚架的搭设,以及整枝法和对葡萄藤的修剪活动都是已知能够降低真菌感染的方法,也可以通过改善植物顶盖层的微气候来提高果实形成。收获后的加工处理和酿酒条件对于PR蛋白的浓度也具有重要的决定性影响。例如,机械收割以及对受损伤的葡萄果实进行长时间的运输会导致在成品果汁和葡萄酒中PR蛋白含量更高,因为已发现这些蛋白更多的来源于从表皮层的释放而非增加的蛋白质合成。这样的加工处理过程会导致斑脱土的用量是手工采摘和运输同一葡萄产地的两倍。
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