酵母エタノール耐性の根底にあるメカニズムの統合マルチオミクス分析

酵母細胞の場合、高レベルのエタノールに対する耐性は、自然環境と工業的に関連する条件の両方で不可欠です。私たちは最近、高レベルのエタノールに適応した実験的に進化した酵母株を遺伝子型とし、エタノール耐性に関連する突然変異を特定しました。この研究では、6つの進化した株（データセット識別子PXD006631）からの定量的プロテオミクスプロファイルとゲノムシーケンスデータを統合し、タンパク質相互作用ネットワークの構築を統合することにより、遺伝子型と表現型が分子レベルでどのように関連しているかを正確に解明します。私たちのマルチオミクスアプローチは、エネルギー生産および脂質経路から、細胞周期の進行に関与するトランスポゾンおよびタンパク質の微分調節まで、ゲノムおよびプロテオームレベルの変化の影響を受けた多数の代謝経路の再配線を指します。重要な違いの1つは、エネルギー生産代謝に見られます。そこでは、祖先の酵母株が呼吸に切り替えてミトコンドリアの電子輸送チェーンを使用することによりエタノールに反応します。対照的に、エタノールに適応した株は、ゲノムおよびプロテオミクスレベルの変化に支えられているように、主に解糖とエタノール発酵により主にエネルギー生産に戻ったようです。この研究は、システムがストレスの多い条件下で機能する必要がある合成生物学に関連し、産業や癌生物学に関連しており、遺伝子型が表現型とどのように関係するかを理解することが重要です。

For yeast cells, tolerance to high levels of ethanol is vital both in their natural environment and in industrially relevant conditions. We recently genotyped experimentally evolved yeast strains adapted to high levels of ethanol and identified mutations linked to ethanol tolerance. In this study, by integrating genomic sequencing data with quantitative proteomics profiles from six evolved strains (data set identifier PXD006631) and construction of protein interaction networks, we elucidate exactly how the genotype and phenotype are related at the molecular level. Our multi-omics approach points to the rewiring of numerous metabolic pathways affected by genomic and proteomic level changes, from energy-producing and lipid pathways to differential regulation of transposons and proteins involved in cell cycle progression. One of the key differences is found in the energy-producing metabolism, where the ancestral yeast strain responds to ethanol by switching to respiration and employing the mitochondrial electron transport chain. In contrast, the ethanol-adapted strains appear to have returned back to energy production mainly via glycolysis and ethanol fermentation, as supported by genomic and proteomic level changes. This work is relevant for synthetic biology where systems need to function under stressful conditions, as well as for industry and in cancer biology, where it is important to understand how the genotype relates to the phenotype.