Role of spt23 in Saccharomyces cerevisiae thermal tolerance
- 作者
- Zhilong Lu, Yanling Wu, Ying Chen, Xiaoling Chen, Renzhi Wu, Qi Lu, Dong Chen, Ribo Huang
- 单位
- 广西大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室；广西大学生命科学与技术学院；广西科学院非粮生物质炼制国家工程研究中心
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2022）
- DOI
- 10.1007/s00253-022-11920-3
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
阐明spt23在酿酒酵母热耐受性中的功能机制，特别是其直接转录调控作用与通过转座子间接调控作用的相对贡献。
研究策略
通过eQTL分析鉴定spt23为热耐受关键基因，构建spt23过表达（OE）、缺失（Del）和整合表达（IE）菌株，结合转录组测序、LTR扩增子测序、细胞膜脂肪酸测定和qRT-PCR，量化spt23直接调控与转座子介导调控对热耐受性的影响。
研究路线图
核心内容
该研究通过eQTL分析鉴定出spt23为酿酒酵母热耐受性的关键基因，并构建了过表达、缺失和整合表达菌株，结合转录组测序、LTR扩增子测序及细胞膜脂肪酸测定，系统解析其调控机制。结果显示，热耐受突变株在37℃下最高生物量较对照提升28.8%，峰值乙醇产量达12.77%（V/V），而spt23缺失菌株在相同条件下乙醇产量最高为14.0%。55℃热激后野生型存活率达25%，其余菌株均为0%。LTR扩增子测序表明热胁迫显著增加转座子Shannon均匀度并减少OTU数。回归模型显示spt23直接转录调控与转座子间接调控的相对权重约为4:3，其中直接调控涉及SAGA复合物及ole1介导的脂质合成，间接调控则通过转座子触发未知响应。该研究首次定量了spt23两条调控路径的贡献比例，为酵母热耐受性的工程改造提供了新靶点。
创新点
建立LTR扩增子测序方法评估热胁迫下酵母转座子活性，首次定量spt23直接转录调控与转座子间接调控的相对权重（约4:3），提出spt23通过转录调控和转座子触发未知响应共同参与热耐受的模型。
研究对象（7）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae | 热耐受调控 | spt23 | Spt23p | 调控 | 转录调控因子，调控ole1表达和转座子活性，影响细胞热耐受性 |
| Saccharomyces cerevisiae | 脂肪酸去饱和 | ole1 | Δ9脂肪酸去饱和酶 | 催化 | spt23的直接靶标，决定细胞膜不饱和脂肪酸含量 |
| Saccharomyces cerevisiae | 脂肪酸合成 | acc1 | 乙酰辅酶A羧化酶 | 催化 | 脂质酸合成的初始酶，受spt23调控 |
| Saccharomyces cerevisiae | 麦角固醇合成 | erg1 | 角鲨烯单加氧酶 | 催化 | 参与麦角固醇合成，对热耐受有影响但未表现出正向效应 |
| Saccharomyces cerevisiae | 转录调控 | mga2 | Mga2p | 调控 | spt23同源基因，与spt23协同调控ole1，但表达水平与spt23相关性不显著 |
| Saccharomyces cerevisiae | 转座子调控 | Ty/LTR | — | 调控 | 热胁迫下LTR多样性改变，spt23缺失降低LTR丰富度但提高均匀度，转座子活性影响热耐受 |
| Saccharomyces cerevisiae | SAGA复合物 | spt3 | Spt3p | 调控 | SAGA复合物组分，表达与spt23正相关，可能参与热激响应 |
关键发现
- 热耐受突变株101530在30℃和37℃下的最高生物量分别为2.95×10^8和2.55×10^8 CFU，比1015高18%和28.8%；峰值乙醇产量分别为15.33%和12.77% (V/V)，明显高于1015的14.13%和11.87% (V/V)。spt23缺失（Del）型在30℃和37℃下乙醇产量最高，分别为15.47±0.53%和14.0±0.14% (V/V)。WT 101530在55℃热激后存活率达25%，而其他菌株为0%。spt23表达水平与热耐受性负相关，Del型细胞膜总不饱和脂肪酸（TULA）含量较低。LTR扩增子测序显示热胁迫下LTR Shannon均匀度显著增加（p=0.043），OTU数显著减少（p=0.029）。回归模型Survival45 = -2.39·TULA +
- 98·Ta2 +
- 43（R=0.903，R²=0.815），spt23直接转录调控与转座子间接调控的权重比约为4:3（1.31~1.37:1）。IE型spt23表达水平在热处理时升高6倍。
研究结论
spt23通过两条途径增强酿酒酵母热耐受性：一是直接转录调控（如调控SAGA复合物及ole1介导的脂质酸合成），二是通过与转座子互作触发未知响应；两种机制相对权重约为4:3。