MBF1对酵母Cu2+胁迫应答基因表达的调控作用

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多蛋白桥梁因子MBF1(Multiprotein Bridging Factor 1)是广泛存在于真核生物中的一种进化保守的辅激活因子。MBF1主要通过桥连转录激活因子和TATA-Box结合蛋白TBP调控其下游基因的转录。已有的报道显示,MBF1在调控细胞应答生物和非生物胁迫过程中扮演着重要角色。与动植物MBF1s的研究报道相比,关于MBF1调控低等真核生物应答胁迫作用报道还不多,还没有MBF1调控基因转录的详细报导。在非生物胁迫中,重金属胁迫对生物体的影响最显著,Cu2+胁迫对生物体造成的危害已引起人们的广泛关注。已有报导多集中在Cu2+对植物的影响机制研究上,在微生物上的研究报导还不多,还没有MBF1调控酵母Cu2+胁迫应答基因表达的报导。本文通过Illumina高通量测序技术测定了酵母Y258、mbf1基因缺陷型酵母mbf1(-)以及6m M Cu2+胁迫处理的mbf1(-)酵母Cu2+(+)mbf1(-)的转录组。比对酵母Y258与mbf1(-)间的转录组发现,两者间存在2060个表达差异显著的基因(FDR≤0.001 AND|log2Ratio|≥1),其中,1568个基因在Y258中的表达量低于mbf1(-),492个基因在Y258中的表达量高于mbf1(-),说明在MBF1调控的基因中,少量基因的表达受MBF1的负调控作用,多数基因的表达受MBF1正调控作用。通过KEGG通路分析发现,受MBF1调控的基因主要富集到氧化磷酸化通路(Qvalue=0.028),特别是电子传递链中的细胞色素C氧化酶。这表明MBF1对细胞的ATP形成,尤其是在接受来自细胞色素C的电子,并还原氧气分子为水这一关键途径上起着重要的调控作用。此外,受MBF1调控的基因还富集在酵母减数分裂、细胞周期调控、同源重组、淀粉等糖类代谢、组氨酸代谢等通路上,也体现了MBF1蛋白在转录调控中重要的、广泛的作用。比对酵母mbf1(-)与Cu2+(+)mbf1(-)间的转录组发现,两者间存在1770个表达差异显著的基因(FDR≤0.001 and|log2Ratio|≥1),其中,750个基因在Cu2+胁迫下表达出现上调,1020个基因在Cu2+胁迫下表达出现下调。在本研究得到的Cu2+胁迫应答基因中,超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、热休克蛋白和分子伴侣等基因已被其它研究证实与Cu2+代谢相关。KEGG通路分析结果显示,本研究检测到的Cu2+胁迫应答基因主要富集在过氧化物酶体(Qvalue=0.011)和淀粉和蔗糖代谢(Qvalue=0.00018)通路上,其中,过氧化物酶体通路中的脂肪酸代谢基因的表达多为下调,SOD和CAT酶的表达为上调,淀粉和蔗糖代谢通路基因的表达多为上调,说明酵母在Cu2+胁迫下发生了应激反应,酵母在增加能量供应的同时,通过调控超氧化物歧化酶和过氧化氢酶等蛋白的表达尝试恢复自由基的平衡,减少细胞毒性。将以上两组差异表达基因做交集处理,共得到775个基因,这些基因既受Cu2+胁迫影响又受MBF1调控影响。其中,在Cu2+胁迫下表达出现上调、在MBF1缺失时表达出现下调的基因共有120个,这些基因主要富集在氧化磷酸化途径、转录调控、DNA复制等通路上,说明Cu2+和MBF1对上述氧化磷酸化等通路可能存在着协同影响;在Cu2+胁迫下表达出现下调、在MBF1缺失时表达出现上调的基因共有447个,表达差异倍数较大的基因都集中富集在核糖核蛋白体的大小亚基组分上,说明Cu2+和MBF1对细胞的翻译过程有一定的调控作用,也说明Cu2+和MBF1都广泛影响细胞的生命活动。为验证转录组测序结果的准确性,本文通过Real-Time PCR,从过氧化物酶通路中挑选了6个受Cu2+胁迫影响的基因(YAR035W、YMR246W、YLR174W、YNL202W、YJL210W、YO L147C)做了相对定量验证;从氧化磷酸化(Oxidative phosphorylation)通路中挑选了5个受MBF1调控的基因(Q0045、Q0160、Q0055、Q0050、Q0065)做了相对定量验证;从Oxidative phosphorylation通路中挑选了7个既受Cu2+胁迫影响又受MBF1调控的基因(Q0070、Q0045、Q0160、Q0055、Q0050、Q0065、Q0085)做了相对定量验证,得到的结果与转录组测序结果一致,说明转录组测序结果高度可信。此外,本文还构建了酵母14-3-3蛋白BMH1基因rad24和MBF1基因mbf1的酵母表达质粒p EGH-rad24和p EGH-mbf1,将这两个质粒转化酵母Y258,制备了表达BMH1和MBF1的重组酵母,为研究BMH1调控MBF1的Cu2+胁迫应答功能做了物质准备。
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