- 100 일 진화 후 에탄올에 대한 내성을 개선
- 2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 적응형 진화 동안,마르크시아누스 인구의 유전자 함량은 거의 변화가 없다(추가 파일 1:그림 에스 2);따라서 플로 디 변화는 일어나지 않았다. DNA-seq 분석 KM 고 있습-100d 는 모두 매핑을 참고의 게놈 K.marxianus DMKU3-1042,SNP 사이트의 사 KM 고 있습-100d 얻을 수 있었(추가 파일의 2). 확인 된 57 개 사이트 중 4 개 사이트 만 100 킬로미터 인구에서 지배적이었습니다. 이들 중 3 개는 산 1,얍 1,및 카티 2 유전자의 코딩 영역에 위치한다;다른 하나는 에르 26 의 상류 445 혈압에 있다. 산 1 의 1324 사이트는 씨…에 티,결과적으로 해당 아미노산은 아르기닌에서 시스테인으로 변형되었습니다. 그러나,팜의 분석에 따르면 32.0,이 돌연변이는 확인 된 단백질 도메인에 속하지 않습니다. 단백질 변화 없이 동의어 돌연변이. 이러한 표현형 개선을 지원하기에 충분하며,전사적 재프로그래밍이 이에 기여해야 한다. 따라서 우리는 더 많은 분석을 수행했습니다.100 일 진화에 의해 유도 된 글로벌 재배선
- 100 디 향상 된 에탄올 사용
- 에탄올 소비 및 다중 스트레스 저항 강화의 검증 킬로미터-100 디
100 일 진화 후 에탄올에 대한 내성을 개선
야생형 반수체 케이 마르크 시아 누스 균주를 배지에서 배지에서 배양했다.450 세대(자세한 내용은 방법 참조). 이 기간 동안 바이오 매스의 지속적인 증가가 있었다(그림 1). 에탄올 스트레스 하에서 세포 생존을 나타내는 것이 개선 될 수있다. 결국,우리는 에탄올에 대한 내성이 크게 개선 된 카 마르시아누스 인구를 얻었다(그림 1). 1 비). 전체적으로,킬로미터는 진화 이전의 원시 균주를 의미하고,킬로미터-100 디는 100 일 진화 이후의 케이 마르크시아누스 인구를 의미한다. 에탄올의 최대 반발력은 7%였고,100%는 최대 10%였다(그림 1). 1 비). 우리는 다른 에탄올 수준 문화 미디어에 킬로미터와 킬로미터-100 일 사이 성장 프로 파일을 비교(0%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8% 그림. 1 기음). 에탄올의 부재,균주 사이에 유의 한 차이가 없었다. 그들의 차이는 에탄올 수준의 증가에 따라 증가했으며 배양 배지에서 6%의 에탄올로 최대에 도달했습니다. 이러한 상황에서,48 시간 후,킬로미터-100 디의 바이오 매스는 킬로미터의 바이오 매스보다 거의 두 배 높았다. 균주의 둘 다 7%에타놀을 가진 매체에 있는 지체된 성장을 보여주고 8%에타놀을 가진 매체에서 성장하지 못했습니다. 또한,6%에탄올에서 킬로미터보다 현저한 높은 최대 성장률을 보였다(추가 파일 1:그림 1).
2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 1 일,2013 년 12 월 적응형 진화 동안,마르크시아누스 인구의 유전자 함량은 거의 변화가 없다(추가 파일 1:그림 에스 2);따라서 플로 디 변화는 일어나지 않았다. DNA-seq 분석 KM 고 있습-100d 는 모두 매핑을 참고의 게놈 K.marxianus DMKU3-1042,SNP 사이트의 사 KM 고 있습-100d 얻을 수 있었(추가 파일의 2). 확인 된 57 개 사이트 중 4 개 사이트 만 100 킬로미터 인구에서 지배적이었습니다. 이들 중 3 개는 산 1,얍 1,및 카티 2 유전자의 코딩 영역에 위치한다;다른 하나는 에르 26 의 상류 445 혈압에 있다. 산 1 의 1324 사이트는 씨…에 티,결과적으로 해당 아미노산은 아르기닌에서 시스테인으로 변형되었습니다. 그러나,팜의 분석에 따르면 32.0,이 돌연변이는 확인 된 단백질 도메인에 속하지 않습니다. 단백질 변화 없이 동의어 돌연변이. 이러한 표현형 개선을 지원하기에 충분하며,전사적 재프로그래밍이 이에 기여해야 한다. 따라서 우리는 더 많은 분석을 수행했습니다.100 일 진화에 의해 유도 된 글로벌 재배선
철저 하 게 에탄올 허용 오차를 이해 하기 위해,우리는 4%와 6%(브이/브이)에탄올과 미디어에서 성장 했다. 성장 프로파일(그림. 따라서,48 시간에 샘플을 수집 했다. 4728>0 을 설정합니다.05 유의 한 차동 발현(드)유전자를 정의하기위한 기준으로,우리는 7 개 그룹(그림. 2,다음과 같이 표시 1, 2, 3, 4, 5, 6, 그리고 각각 7). 각 그룹에서,드 분석은 컨트롤을 가리키는 화살표에 따라 수행되었다. 추가 파일 3 은 모든 유전자의 발현 값과 차등 발현 통계를 제공합니다. 둘 다 에탄올이없는 매질에서 자랐을 때 킬로미터와 킬로미터 사이의 글로벌 표현 차이가 있습니다(그림 1). 2 그룹①). 효모는 1342 개의 유전자를 가지고 있으며,188 개의 유전자 만이 낮은 발현을 가지고 있습니다. 4%와 6%(브이/브이)에탄올을 가진 배지에서,킬로미터-100 디에서 상향 조절 유전자의 수는 각각 415(그룹②)와 453(그룹③)로 크게 감소된다. 그러나 상향 조절 유전자 번호는 여전히 낮은 발현(각각 104 및 182 유전자)보다 훨씬 많습니다. 그 결과는 킬로미터-100 차원 효모가 유전자의 큰 숫자를 활성화하여 전사 재배 선하는 것이 좋습니다. 이 제안은 킬로미터 및 킬로미터-100 일 효모 내에서 에탄올에 의한 발현 변화에 의해 더욱 뒷받침되었다. 이 효모는 1452 및 1465 개의 상향 조절 유전자(그룹⑥및⑦)를 갖는 반면,100 개의 상향 조절 유전자(그룹④및⑤)는 각각 631 및 596 개의 상향 조절 유전자(그룹④및⑤)만 갖는다. 또한 히트 맵을 적용했습니다.①그룹에서 유전자 차등 발현 프로파일이⑦그룹에 가깝다는 것을 발견하였다. 함께 찍은,킬로미터-100 차원 효 모 에탄올 무료 매체에서 성장 하는 경우에 많은 에탄올 유도 식 기능을 유지. 이 기능은 진화 된 세포가 다가올 에탄올 자극에 더 적응하게 만듭니다.
그 후,각 그룹에서 우리가 수행 유전자 온톨로지(이동)드 유전자에 대 한 농축 분석(추가 파일 1: 리보솜 생물 발생,아미노산 생합성,유전자 복구,아르 자형 유전자 처리 등을 포함한 광범위한 세포 기본 생리 학적 과정을 다루는 것으로 나타났습니다.,그러나 에타놀 저항에 직접 관련된. 따라서 다음에서 우리는 특히 관련 유전자(추가 파일 4)를 분석하여 에탄올 대사 및 내성과 강하게 관련된 경로에 중점을 두었습니다.
100 디 향상 된 에탄올 사용
그래프 일러스트 레이 션을 용이 하 게 하기 위해 관련된 드 유전자의 로그 2 비율 값(추가 파일 4)5 간격으로 세분화 했다: 1 ~ 2, 2 ~ 3, 3 ~ 4, 4 ~ 5, 5 ~ 6 (위),도에 도시 된 바와 같이. 3.
에탄올 소비에 킬로미터와 킬로미터-100 디의 차이 조사 했다. 도에 도시 된 바와 같이. 3,에탄올을 직접 소비하기위한 두 가지 경로가 존재할 수 있으며,에탄올에 직면했을 때 킬로미터 및 킬로미터-100 디(그룹④,⑤,⑥및⑦)에서 상향 조절되었다. 한 가지 방법은 에탄올을 아세트 알데히드로 촉매하는 세포질 부착 6 을 통해 촉진됩니다. 다른 하나는 아세틸 코아의 도움으로 에탄올 에스테르 화를 촉진하는 미토콘드리아 1 입니다. 따라서 에탄올을 아세트알데히드로 전환시켜 에탄올의 독성을 감소시키는 데 더 많은 보효소를 공급할 수 있다. 미토콘드리아에서는 에탄올 스트레스에 노출 된 킬로미터(그룹⑥및⑦)만 상향 조절되었습니다. 그 과정에서 에탄올에서 알데히드,아세테이트,알데하이드,알데하이드 4,알데하이드 3,알데하이드 4,알데하이드 6 은 모두 상향 조절되었다(그룹①). 상기 변화는 킬로미터-100 디 에탄올 소비를 증가 하 여 에탄올 독성을 완화 하기 위해 새로운 기능을 얻을 수 있습니다 나타냅니다. 이 이론은 킬로미터-100 디 에탄올과 함께 매체에서 킬로미터 이상 수행되었다고 설명합니다.또한,축적된 에탄올은 세포막의 완전성에 직접적으로 영향을 미치고,내부 및 외부 삼투압을 변화시키고,단백질 형태를 방해하고,반응성 산소종의 생성을 유도하여 효모세포에 심각한 손상을 초래한다. 다음에서,우리는 이러한 경로에서 항 에탄올로 인한 손상에 대한 유전자를 분석했습니다. 4).
에탄올 구동 진화 후 킬로미터-100 에서 알코올 스트레스 응답 경로 활성화 했다. 에탄올에 노출되면 세포질에서 핵으로 전좌하는 세포질 보유 단백질으로서 열충격 단백질 유전자의 에탄올 의존적 전사 활성화에 역할을 하는 세포질 보유 단백질으로서 작용하는 세포질 보유 단백질 1 은,둘 다에서 상향 조절되었다.(그룹①),그리고 부분적으로는 킬로미터에 직면한 에탄올(그룹⑥및⑦)에서 상향 조절되었다.이는 에탄올이 없는 배지에서도,킬로미터-100 디는 에탄올에 대한 킬로미터의 반응과 마찬가지로 에탄올 챌린지에 대한 반응 경로를 준비할 수 있음을 시사한다.
막 지질의 형성은 에탄올 스트레스 하에서 세포막 완전성을 유지하는 데 중요한 역할을한다. 세포막 구조의 핵심 구성 요소 인 불포화 지방산은 에탄올 내성과 밀접한 관련이 있습니다. 도에 도시. (그룹①),진화 후,킬로미터-100 디 이미 세포 막 생성에 대 한 더 많은 원료를 공급 하기 위해 불포화 지방산 생 합성을 향상 시킬 수 있습니다 제안. ⑥및 ⑦는 이전 보고서와 일치하며,이는 적응 진화 전에 마르크시아누스의 약한 에탄올 내성을 설명 할 수있다.
포스 포 글리세리드,스핑 고지 질 및 스테롤을 포함한 세포막 지질 생물 발생과 관련된 많은 수의 유전자가 에탄올 스트레스 하에서 차등 적으로 발현되었다(그림 1). 4). 특히,포스포글리세라이드 생합성에 관여하는 유전자는 일반적으로 에탄올 저항에 대한 세포막의 주요 구성 요소가 될 수 있음을 나타내는,킬로미터-100 디(그룹①)및 킬로미터-직면 에탄올(그룹⑥및⑦)에서 상향 조절되었다. 스테롤 생합성을 위해,많은 유전자(예를 들어,에르 9 및 에르 7)가 그룹④및 ⑥에서 하향 조절되었고,여러 유전자가 그룹⑤(예를 들어,에르 25)및 그룹⑦(예를 들어,에르 26)에서 상향 조절되어,스테롤 생물 발생이 높은 에탄올에 맞서는 데 중요 할 수 있지만 낮은 에탄올에 대해서는 중요하지 않을 수 있음을 시사한다. 또한,포스포글리세리드와 스테롤 생합성에 관여하는 유전자 1,에르글리세리드와 에르글리세리드 2,에르글리세리드 25 는 그룹 ⑤에서만 상향 조절되었다.
배지에서 높은 에탄올 농도는 효모 세포에 삼투 스트레스를 부과합니다. 도에 도시 된 바와 같이. 또한,본 발명의 제 1 실시예에 의하면,상기 제 1 실시예에 의하면,상기 제 1 실시예에 의하면,상기 제 1 실시예에 의하면,제 2 실시예에 의하면,제 2 실시예에 의하면,제 2 실시예에 의하면,제 2 실시예에 의하면,제 2 실시예에 의하면,제 2 실시예에 의하면,제 2 실시예에 의하면,제 2 실시예에 의하면,제 2 실시예에 의하면,제 2 실시예에 의하면,제 2 실시예에 의하면,제 2 실시예에 의하면,제 2 실시예에 글리세롤 생산은 삼투압에 저항하는 세레비시에를 위한 중요한 방법입니다. 에탄올에 직면했을 때 글리세롤 생물 발생과 관련된 대부분의 유전자는 하향 조절되었습니다. 위의 연구 결과는 이전과 진화 후 제안,케이. 마르크시아누스는 항상 삼투압 응력 신호를 감지하고 전달하기 위한 경로를 강화하지만,삼투압 응력에 저항하는 전략은 글리세롤 생산 경로에 의존하지 않을 수 있으며,다른 방법이 존재해야 한다.
세포벽은 세포가 삼투압을 견딜 수 있도록 충분한 기계적 강도를 제공하며,분비 경로는 세포벽 단백질을 바깥쪽으로 운반 할뿐만 아니라 막 구조를 강화하기 위해 원형질막에 지질을 전달한다. 우리는 분 비 경로 세포 벽 생물 발생에서 드 유전자를 분석 했다(추가 파일 1:그림 5). 분비 경로 및 세포벽 생성에 관여하는 유전자는 일반적으로 킬로미터-100 디(그룹①)에서 상향 조절되었고,그들 중 일부는 에탄올(그룹⑥및⑦)에서 노출 된 킬로미터에서 상향 조절되었다. 그것은 의미 뿐만 아니라 킬로미터-100 킬로미터 에탄올 스트레스에 저항 하는 분 비 통로에 최대 규제를 유지 하지만 또한 널리 확대 에탄올 공격에 대 한 준비를 분 비 통로의 활성화 범위; 따라서,분 비 경로 및 세포 벽 형성의 향상 될 수 있습니다. 한편,낮은 에탄올(④및⑥그룹)에 노출 된 킬로미터 및 킬로미터-100 킬로미터의 경우,분비 경로의 많은 유전자가 모두 하향 조절되어 분비 경로 활성화가 저 에탄올에 반응하는 데 필요한 방법이 아닐 수 있음을 시사한다.
에탄올에 의해 유발 된 산화 스트레스에 대한 것(그림 1). 4),하이드로퍼옥사이드 응력의 센서 및 트랜스듀서로서 기능하는 하이드로퍼옥사이드 1 은 높은 에탄올(그룹⑤및⑦)에 노출된 킬로미터 및 킬로미터-100 디에서 상향 조절되었다. (그룹①)및 높은 에탄올(그룹⑦)에 직면 했다. 항 산화 스트레스에 대 한 슈퍼 옥사이드 디스 뮤타 제 시스템에 관여 하는 유전자(예를 들어, 티 오레 독신 시스템의 경우 유전자(예: 그 결과,에탄올은 에탄올에 노출되었다. 티 오레 독신과 그 환원 효소는 또한 여러 리그 노 셀룰로오스 유래 억제제에 대한 마르크스 시아 누스 내성을 향상시키는 것으로보고되었다. 그 결과,유전자는 높은 에탄올(그룹⑤)에서 노출 된 100 킬로미터에서만 상향 조절되었다. 이러한 유전자는 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 유전자에 의해 생성 된 위의 내용은 전 세계적으로 산화 방지 능력을 강화할 수 있음을 의미합니다.
에탄올 스트레스 하에서 적절한 단백질 접힘을 보장하기 위해(그림 1). 또한,본 발명에 따른 열충격전사인자는 저에탄올(그룹④및⑥)을 상향 조절하였고,다수의 보호자관계 유전자(예를 들어,그룹⑥및⑦)를 상향 조절하였으며,또한 상기 제 100 조(그룹①)에서도 상향 조절하였다. 일부 유전자는 에탄올에 직면하여 하향 조절되지 않았습니다. 따라서,킬로미터-100 디는 일반적으로 더 안정적인 세포 환경을 제공하기 위해 단백질 접힘을 향상시킬 수있다.
세레비시아에서는 과량의 염이 효모 세포로 유입되는 것을 방지하기 위해 양립할 수 있는 용질로 작용하기 때문에 에탄올 내성에 트레할로오스 축적이 중요한 것으로 보고되었다;한편,트레할로오스 분해에 관여하는 유전자도 에탄올에 의해 유도되어 최적의 농도로 조절되었다. 마르크시아누스(그림. 4),우리는 트레할로스 생합성 및 분해에 참여하는 유전자(예: 높은 에탄올(그룹⑤및⑦)에 노출되었을 때 트레할로오스 대사에서는 유전자 상향 조절되지 않았다. 이것은 마르크시아누스에서 트레할로오스 축적은 낮은 에탄올에 대처하기위한 특별한 전략이 될 수 있지만 높은 에탄올에 대한 것은 아니라는 것을 시사한다.
상기의 에탄올 내성 경로에 관여하는 15 개의 유전자의 차동 발현을 검증 하였다. 5). 그룹①(그림 1)에서 유전자의 발현. 5)일반적으로 상향 조정되었습니다. 한편,그룹④(그림 1)에서 유전자의 상향 조절. 제 1 조(목적) ⑥(그림 5)그룹만큼 높지 않았다. 5)및 그룹⑦(그림. 5 기음). 우리의 분석 에탄올 내성에 기여 하는 유전자는 지속적으로 활성화 됩니다 킬로미터-100 일 에탄올 스트레스의 철회 후 확인. 지속적인 유전자 발현은 세포 내 환경을 안정시키고 다가오는 스트레스에서 세포의 성장에 도움이 될 수 있습니다.
에탄올 소비 및 다중 스트레스 저항 강화의 검증 킬로미터-100 디
우리는 다른 탄소 소스(그림. 6 에이). 이 효모는 포도당을 유일한 탄소원으로 활용할 수 있는 동일한 기능을 가지고 있습니다. 그러나,유일한 탄소 공급원으로서 1%및 2%(브이/브이)에탄올의 존재 하에서,킬로미터-100 디 효모는 킬로미터 효모보다 더 잘 성장했다. 그 결과 킬로미터-100 차원 효모가 킬로미터 효모보다 에탄올을 더 효율적으로 사용했다는 우리의 전술 한 가설을 뒷받침합니다.
한편,도에 기초. 삼투압 스트레스,산화 스트레스 및 열 스트레스(단백질 접힘을위한 보호자로 간주되는 열 충격 단백질의 경우)를 포함하여 에탄올로 인한 다중 스트레스에 대한 내성을 동시에 개발할 수 있습니다. 여러 스트레스에 효모의 허용 오차를 평가하기 위해,우리는 각각 다양한 온도,산화 및 삼투압(그림. 2015 년 이 기간 동안,이 기간 동안 효모는 100~100%의 효모를 가지고 있으며,100~100%의 효모를 가지고 있습니다. 그러나,다른 응력의 존재 하에서,킬로미터-100 디 효모는 킬로미터 효모의 그것보다 훨씬 더 나은 생존 능력을 나타낸다. 응력이 더 심각한 동안 또한,장점은 더 중요하다(그림. 2015 년 우리는 여러 응력에 대한 허용 오차가 에탄올 생산에서 효모에 새로운 기능을 도입 할 것으로 예상했습니다.
우리는 여러 응력 하에서 킬로미터와 킬로미터-100 차원 효모 사이의 에탄올 생산성을 추가로 조사했습니다. 기본 상황에서(30,000,000,000 및 0%에탄올,그림. 효모는 포도당 소비와 에탄올 생산 모두에서 거의 동일합니다. 그러나,100 킬로미터의 효모는 고온의 존재 하에서 상당한 이점을 나타냈다(45,000,000,000,000,000,000). 6 층)이상의 에탄올(6%또는 8%,도. 6 지,시간); 일반적인 환경은 일반적으로 발효의 후반 단계에서 일어났다. 100%에탄올과 배지에서 발효 효 모 48 시간,72 시간,및 120 시간(그림. 7). 이러한 에탄올 내성 유전자의 대부분은 킬로미터-100 에 비해 킬로미터,특히 초기 단계(48 시간)에 에탄올에 대한 초기 조정(그림. 7). 요약하면,에탄올 내성 유전자의 최대 조절 식에 의해,킬로미터-100 디 효모는 증가 에탄올 수율 스트레스 환경에서 킬로미터 효모를 상회.