应用分享 3—吃还是不吃？这是一个问题—看酿酒酵母在摄取环境营养时如何决策！

▲背景

自然界中微生物通常在细胞内在偏好性和外在营养物水平中「决定」利用哪几种营养物。然而自然环境混合不同的营养物质，不同遗传表型的微生物是如何去「决定」利用环境中的营养物，目前对此研究报道很少。

本文对 38 株野生酿酒酵母 S. cerevisiae strains 在葡萄糖和半乳糖浓度下需要诱导表达半乳糖反应基因分析 galactose-responsive gene, GAL。通过集群分离分析法 bulk segregant analysis 和等位基因替换方法 allele replacements 确认了 GAL3 基因是 GAL 诱导变异的主要原因。同时一系列结果也表明半乳糖途径的生态学限制可能会导致在单个蛋白水平的变异，从而使细胞能够在环境营养物质变化的过程中适时的做出定量调节。

▲方法

为了能够检测 GAL 信号反应，作者在野生酿酒酵母 S. cerevisiae strains 中转入 YFP 荧光蛋白 GAL1pr-YFP。在不同葡萄糖和半乳糖浓度滴度下应用流式细胞仪检测 GAL 报告基因表达水平 GAL1pr-YFP。由于存在大量的种间差异，作者设计并定义了一种计量方式，成为「决定阈值」Descision threshold，意味着在 50% 的细胞中 GAL 报告基因表达水平超过基础值时，被认为是细胞根据环境诱导做出了变化的「决定」 。

然后基于 GAL「决定阈值」进一步研究其遗传基础。作者对不同葡萄糖+半乳糖环境下生长的野生酿酒酵母进行采用集群分离分析方法分析。对于最少 5% 和最多 5% 诱导的细胞（「OFF」和「ON」分离群）采用索尼 SH800 流式细胞分选仪分离出来，进一步测序确定在每个集群中亲本等位基因频率。最后通过一系列统计学计算对「决定」诱导 GAL 基因表达差异性分析。

▲结果

文章发现在混合环境中，糖浓度能够在细胞水平上让细胞「决定」诱导表达半乳糖反应基因 GAL，而且在分离得到的野生自然的酿酒酵母中 GAL 基因表达的差异很大。

通过混合组分分离分析不同种类的表型特征，文章发现其中包含乳糖感应器的基因位点，该位点能够从理论上解释细胞对环境感知做出相应的调整。结果显示半乳糖感应器的变化能够调节细胞什么时间需要从利用葡萄糖转变为利用半乳糖。

▲讨论

SONY SH800 流式细胞分选系统能够分选得到纯度超过 99% 的细胞，该系统采用微流控芯片设计结合一体化管路设计能够使科学家在 1 分钟内实现管路替换，并且做到零交叉污染分选。本文分选到 30000 个 5% 最低「OFF」和最高「ON」YFP 表达的酿酒酵母细胞库。同时用到了 BSC 检测器圈门将细胞大小对表达水平的影响降到最低。后续对分选到的细胞库做基因测序分析。通过生物信息学分析发现半乳糖感应 GAL3 作为表型变异的主要因素，占到 70%-90% 的基因变异的驱动来源。

参考文献：Lee, Kayla B., Jue Wang, Julius Palme, Renan Escalante-Chong, Bo Hua, and Michael Springer. 2017.「Polymorphisms in the yeast galactose sensor underlie a natural continuum of nutrient-decision phenotypes.」PLoS Genetics 13 (5): e1006766. doi:10.1371/journal.pgen.1006766.
http://dx.doi.org/10.1371/journal.pgen.1006766.

图片来源：索尼生物

编辑： z翟某某    来源：丁香园