本周推荐的文章为1月26日黄进课题组每周的文献分享组会上，由吴龙英（2022级生物技术与工程专业硕士研究生）分享的题为“Enhanced multi-stress tolerance and glucose utilization of Saccharomyces cerevisiae by overexpression of the SNF1 gene and varied beta isoform of Snf1 dominates in stresses”的文章。该文章发表于Microbial Cell Factories（中科院二区，IF=6.4，第一作者：Lu Meng，通讯作者：Xue Lin）。

文献内容简介

　　酿酒酵母是一种典型的真核模式生物，其代谢产物具有广泛的商业价值，因此常应用于发酵工业。而高糖发酵因其生产率高、设备利用效率高、能耗低、生产成本低等特点，在发酵行业中得以广泛应用。然而，在发酵初期，高浓度的糖会对酵母细胞造成渗透压胁迫。同时，长时间的发酵过程通常伴随着温度的升高并产生乙醇等有毒物质。这些环境胁迫可能破坏酵母细胞的结构并抑制细胞活力，从而影响最终产品的品质。因此，提高酿酒酵母细胞的抗逆性对促进高糖发酵的发展和应用具有重要意义。

　　已有研究表明，酿酒酵母Snf1复合物是AMP活化蛋白激酶家族的成员，在应对环境胁迫方面发挥着重要的作用。该复合物由一个α催化亚基Snf1、一个γ调节亚基Snf4，以及三个可替换的β调节亚基Sip1、Sip2或Gal83之一组成。α催化亚基Snf1调节蛋白激酶的活性，β调节亚基Sip1/Sip2/Gal83则决定了Snf1复合体的底物特异性和应激反应能力。该文章旨在研究SNF1过表达对高葡萄糖、乙醇和热胁迫下酿酒酵母细胞耐受性和葡萄糖消耗的影响，并探索在胁迫条件下，β亚基在Snf1复合体中的作用。

　　结果表明，SNF1在酵母响应高糖、乙醇和热胁迫的过程中发挥了积极的作用。而Snf1复合体则还需要组成成分之一的β亚基参与功能的发挥。在高糖和热胁迫下，Snf1主要需要Gal83亚基共同发挥作用，而在乙醇胁迫下，Snf1则需要Sip亚基的参与（图1）。这些结果也表明三个β亚基的结构及其在Snf1复合体中位置的差异决定了Snf1依赖性调控作用的特异性，而不同β亚基在应激和非应激条件下可能具有类似的或者完全独立的功能。

图 1 转基因酵母的胁迫耐受性分析

研究发现，在酵母应对乙醇胁迫的过程中，Sip1亚基主要在控制生长和葡萄糖消耗方面发挥作用。在高糖和乙醇的胁迫下，Sip2亚基主要决定了酵母中葡萄糖的摄取量。Gal83亚基则在面临乙醇胁迫时，保证酵母细胞的生长活力。总之，在环境胁迫下，不同形式的β调节亚基在调节酵母的细胞耐受性和葡萄糖利用方面分别发挥不同的主导作用。

图 2 转基因酵母的葡萄糖残余浓度

同时，SNF1的过表达也可以有效的促进酿酒酵母在高糖、乙醇和热胁迫下的细胞耐受性和葡萄糖利用率，这可能与酵母中脂肪酸和氨基酸的含量发生改变有关（图3）。此外，参与葡萄糖转运或糖酵解的基因表达水平的改变也是导致酵母细胞耐受性增强的原因之一（图4）。

图 3 不同胁迫下菌株中脂肪酸和氨基酸的含量分析

图 4 不同胁迫下菌株中参与葡萄糖转运和糖酵解的基因表达水平分析

文献总结与分析

　　酿酒酵母广泛的被应用于发酵工业，因此提高酿酒酵母细胞的抗逆性对于促进发酵行业的发展具有重要的意义。该研究的结果表明，过表达SNF1可以促进酿酒酵母在高糖、乙醇和热胁迫下的细胞耐受性和葡萄糖利用率，这可能与酵母细胞中脂肪酸和氨基酸含量的增加有关，同时葡萄糖转运和糖酵解的基因表达的改变也发挥了重要的作用。尽管Snf1复合体的β调节亚基在酵母抵抗非生物胁迫过程中的作用已经得到明确的解释，但是在本研究中，Snf1复合体如何调控酵母细胞应激的机制仍然需要进一步的研究。尽管如此，该研究仍丰富了我们对SNF1功能的理解，并为培育多重耐受性酵母菌株提供了新的思路。

图 5 Snf1和β调节亚基在增强酵母细胞多重应激耐受性和葡萄糖利用中的作用

文献总结与分析

　　本课题组的硕士研究生吴龙英主要研究水稻高温响应基因OsSGL2在高温胁迫下的作用机制。初步探索我们发现与OsSGL2相互作用的OsAKIN是植物中编码SnRK1复合体β调节亚基的一个蛋白质，因此我们假设OsSGL2可能通过两种方式参与SnRK1复合体的信号通路（图6）。已有研究表明植物中的SnRK1复合体与酵母中的Snf1复合体具有高度的同源性，根据这篇分享的文献我们了解到Snf1复合体的β调节亚基在参与酵母抵抗非生物胁迫中占主导地位，特别是在热胁迫下β调节亚基-Gal83发挥了重要的作用。因此我们后续实验可以通过在Snf1酵母突变体中过表达OsSGL2并观察其是否能够弥补Snf1酵母突变体的表型缺陷，从而探索OsSGL2与SnRK1复合体之间的关系。

图 6 OsSGL2与SnRK1复合体互作的示意图

原文链接：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7310068/

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