在生物燃料和食品工业中，酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)作为"细胞工厂"的地位无可替代。然而，当这种单细胞真菌遭遇高糖环境时，其代谢网络会启动复杂的应激反应——高渗透压甘油(HOG)通路被激活，导致大量碳流向甘油合成而非目标产物乙醇。更棘手的是，传统代谢工程手段如删除PDC1(丙酮酸脱羧酶基因)和ADH1(乙醇脱氢酶基因)虽能改变代谢流向，却会引发NADH(还原型辅酶Ⅰ)堆积的"氧化还原灾难"。这些瓶颈严重制约了工业发酵的效率和产物纯度。

为破解这一难题，来自日本神户大学等机构的研究团队在《Bioresource Technology》发表重要成果。他们采用CRISPR-Cas9基因编辑技术构建HOG1(高渗透压响应MAPK激酶基因)缺失株，结合间歇补料发酵策略，系统解析了该基因对中心碳代谢的调控网络。研究通过HPLC(高效液相色谱)监测代谢物动态，qPCR(实时定量PCR)追踪关键基因表达，并采用显微形态分析揭示细胞应激响应。

3.1 基础发酵表型分析
在20 g/L葡萄糖条件下，Δhog1菌株展现出"代谢加速"现象：葡萄糖消耗速率提升22%，乙醇产量增加14.3%，而甘油产量降低77%。基因表达谱显示，尽管PDC1和ADH1转录水平降低，但GPD1(甘油-3-磷酸脱氢酶基因)表达显著下调，证实HOG1通过解除Ypk1对GPD1的抑制来调控甘油合成。

3.2 双敲除菌株的代谢重构
当研究人员构建Δadh1Δpdc1双敲除株时，发现其通过"代谢代偿"机制上调GPD2表达(而非GPD1)，将NADH再氧化途径转向甘油合成。这解释了该突变体甘油产量增加而乙醇产量减半的现象，首次揭示在氧化还原应激下GPD2的主导作用。

3.3 渗透压适应的细胞机制
100 g/L高糖环境导致Δhog1菌株细胞面积缩小31%，证实其丧失渗透调节能力。但间歇补料策略(20 g/L/天)成功恢复菌株活力，使乙醇产量达29.89 g/L，较野生型提升14.4%。显微观测显示该策略维持了正常细胞形态，表明分段补糖可规避HOG1缺失的负面影响。

这项研究不仅阐明HOG1通过"双轨调控"机制影响代谢——既通过GPD1调控甘油合成，又通过未知途径影响ALD6(乙醛脱氢酶基因)介导的乙酸代谢，更开创性地提出"氧化还原分流"理论：当PDC1/ADH1缺失引发NADH堆积时，细胞会优先激活GPD2而非GPD1来维持NAD⁺
/NADH平衡。该发现为构建高产低耗的工业菌株提供了新思路——通过精确调控HOG1通路，既可提升乙醇得率，又能减少高达76%的甘油副产物，这对生物燃料产业具有重要经济价值。未来研究可探索该策略在木质纤维素水解液等复杂底物中的应用，或将推动第二代生物乙醇生产的革新。