Role of ROX1, SKN7, and YAP6 Stress Transcription Factors in the Production of Secondary Metabolites in Xanthophyllomyces dendrorhous
- 作者
- Pilar Martinez-Moya, Sebastian Campusano, Dionisia Sepúlveda, Alberto Paradela, Jennifer Alcaino, Marcelo Baeza, Victor Cifuentes
- 单位
- Departamento de Formación General, Facultad de Educación y Ciencias Sociales, Universidad Andrés Bello, Santiago 7591538, Chile; Departamento de Ciencias Ecológicas, Facultad de Ciencias, Universidad de Chile, Santiago 7800003, Chile; Laboratorio de Proteómica, Centro Nacional de Biotecnología, C.S.I.C., 28049 Madrid, Spain
- 杂志
- International Journal of Molecular Sciences（2022）
- DOI
- 10.3390/ijms23169282
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
揭示应激相关转录因子ROX1、SKN7和YAP6在Xanthophyllomyces dendrorhous次级代谢产物（虾青素、类菌胞素和甾醇）生产中的调控作用及其与CYC8-TUP1复合物的关系。
研究策略
构建ROX1、SKN7和YAP6基因缺失突变株，分别在葡萄糖和麦芽糖为碳源下培养，采用RNA-seq和iTRAQ分别进行转录组和蛋白质组定量分析，结合表型（生长曲线、类胡萝卜素、菌孢素、甾醇含量）进行整合代谢分析。
核心内容
该研究在产虾青素酵母Xanthophyllomyces dendrorhous中系统考察了应激相关转录因子ROX1、SKN7和YAP6对次级代谢产物生物合成的调控作用。作者分别构建了三个基因的缺失突变株，在葡萄糖和麦芽糖两种碳源条件下培养，结合RNA-seq转录组、iTRAQ蛋白质组定量分析以及类胡萝卜素、类菌胞素和甾醇含量测定，进行了整合代谢解析。结果显示，Δrox1菌株在葡萄糖下类胡萝卜素、类菌胞素和甾醇产量均显著降低；Δyap6菌株类胡萝卜素和甾醇产量升高；而Δskn7菌株在麦芽糖下类菌胞素产量升高。多组学数据揭示了大量差异表达基因和蛋白，其中所有突变株中脂肪酸合酶α和β亚基均一致下调，提示脂质代谢是这些转录因子的共同调控节点。研究表明ROX1、SKN7和YAP6通过影响中心碳代谢和脂质代谢，并与CYC8-TUP1复合物相关联，共同调控虾青素等次级代谢产物的合成，为优化虾青素工业化生产提供了潜在的遗传改造靶点。
创新点
首次在产虾青素酵母X. dendrorhous中系统研究ROX1、SKN7和YAP6缺失对代谢组和次级代谢产物的影响，揭示这些转录因子通过CYC8-TUP1复合物调控次级代谢的潜在机制。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Xanthophyllomyces dendrorhous (UCD 67-385) | 应激响应与次级代谢调控 | ROX1 | Rox1p | 调控 | HMG-box转录因子，缺失导致类胡萝卜素、菌孢素和甾醇产量降低，影响缺氧基因抑制。 |
| Xanthophyllomyces dendrorhous (UCD 67-385) | 应激响应与次级代谢调控 | SKN7 | Skn7p | 调控 | HSF型DNA结合域和REC接收域转录因子，参与氧化应激和渗透调控，缺失影响菌孢素和甾醇合成。 |
| Xanthophyllomyces dendrorhous (UCD 67-385) | 应激响应与次级代谢调控 | YAP6 | Yap6p | 调控 | bZIP转录因子，缺失导致类胡萝卜素和甾醇产量升高，与CYC8-TUP1复合物相互作用。 |
关键发现
- Δrox1菌株在葡萄糖下类胡萝卜素、菌孢素和甾醇产量显著降低
- Δyap6菌株类胡萝卜素和甾醇产量升高
- Δskn7菌株在麦芽糖下菌孢素产量升高。RNA-seq显示：Δrox1在葡萄糖下有38个上调、33个下调DEG，麦芽糖下841个上调、860个下调
- Δskn7在葡萄糖下706个上调、396个下调，麦芽糖下799个上调、850个下调
- Δyap6在葡萄糖下692个上调、567个下调，麦芽糖下766个上调、967个下调。iTRAQ蛋白质组显示：Δrox1在葡萄糖下20个上调、90个下调DAP，麦芽糖下1个上调、34个下调
- Δskn7在葡萄糖下125个上调、28个下调，麦芽糖下9个上调、37个下调
- Δyap6在葡萄糖下104个上调、113个下调，麦芽糖下277个上调、108个下调。所有突变株中脂肪酸合酶α和β亚基均下调。
研究结论
ROX1、SKN7和YAP6通过调节中心碳代谢（糖酵解、磷酸戊糖途径、TCA循环）和脂质代谢，影响虾青素和菌孢素的生物合成，其调控作用与CYC8-TUP1复合物相关，为优化虾青素工业化生产提供了潜在靶点。