Ras信号传递途径下游效应分子Mhy1与YlRim15在解脂耶氏酵母二型性转换中的功能与调控机制研究

Dimorphic transition is important for many fungal species to adapt to environmental changes. It is of great importance to investigate the regulation of fungal dimorphism. Ras is a critical player in the regulation of dimorphic transition in yeast. It controls filamentous growth via the Ras-MAPK and the Ras-cAMP-PKA signaling pathways. In the dimorphic yeast Yarrowia lipolytica, the Ras-MAPK pathway promotes hyphal growth. However, its contribution is limited. The Ras-cAMP-PKA pathway, however, represses rather than promotes hyphal growth, which is very different from this pathway’s role in the yeasts Saccharomyces cerevisiae and Candida albicans. It is likely that new Ras signaling pathway may exist in Y. lipolytica. We previously found that the transcription factor Mhy1 acts downstream of Ras and is required for Ras’s function in dimorphic transition. The protein kinase YlRim15 is another molecule that acts downstream of Ras. We found previously that it promotes hyphal growth. In this proposal, we plan to identify the targets of Mhy1 and YlRim15 as well as the regulation of these two factors by upstream regulators by transcriptome sequencing and genetic techniques. We also plan to identify hyphal-specific genes and novel Ras-controlled genes in Y. lipolytica. Our proposed investigation will help understand the mechanism by which Ras controls dimorphic transition.

真菌的二型性转换对于其适应环境有重要作用，探索其调控机制具有重要意义。Ras是调控酵母二型性转换的一个关键分子，它通过Ras-MAPK和Ras-cAMP-PKA两条信号传递途径调控菌丝形成。在解脂耶氏酵母中，虽然Ras-MAPK途径能够促进菌丝形成，可是调控程度有限，Ras-cAMP-PKA途径则抑制菌丝形成，与酿酒酵母和白色念珠菌存在差别，推测存在新的Ras调控途径。前期研究中申请人发现转录因子Mhy1作用于Ras下游，对于Ras功能的发挥是必需的。YlRim15蛋白质激酶是另一个作用于Ras信号传递途径下游的分子，前期研究表明它对菌丝形成也具有促进作用。本项目将针对Mhy1和YlRim15进行研究，通过转录组测序和遗传学方法鉴定其控制的靶基因及其受上游分子调控的机制。还计划寻找解脂耶氏酵母菌丝特异性表达基因及新的受Ras控制的基因。本项目对于揭示Ras调控二型性转换的机制具有重要意义。

解脂耶氏酵母是一种具有工业发酵用途的非常规酵母种类，它同时还是一种二型性酵母，在非偏爱碳源与氮源、碱性pH等环境因子作用下，能够从酵母型形态分化成菌丝或假菌丝。解脂耶氏酵母二型性转换的调控机制与酿酒酵母和白色念珠菌存在差别，研究其二型性转换的调控机制可以丰富对真菌二型性转换调控机制多样性的认识。在前期研究中，我们鉴定出转录因子Mhy1和蛋白质激酶YlRim15参与解脂耶氏酵母二型性转换的调控，但是，它们的作用机制并不清楚。在本项目资助下，我们对Mhy1和YlRim15调控二型性转换的机制进行了研究。我们通过转录组测序鉴定出99个受Mhy1显著调控的靶基因（≥5倍调控幅度），其中，84个基因受Mhy1正调控，这些基因中数量最多的一类编码细胞壁蛋白和参与细胞壁合成的酶类，多个基因编码的细胞壁蛋白与酿酒酵母Flo11具有序列相似性，我们推测这些基因是菌丝特异性表达基因，Mhy1通过控制这些细胞壁蛋白编码基因的转录表达来调控二型性转换。我们鉴定出YALI0C23452、YALI0C15268、YALI0B09955以及MHY1这4个基因受Mhy1直接调控，Mhy1结合至这几个基因的启动子，激活其转录。我们确定了Mhy1识别的位点是5’-WNAGGGG-3’（W=A或T；N=A, T, C或G），这为今后鉴定Mhy1控制的靶基因提供了便利。蛋白质激酶YlRim15是我们在前期工作中鉴定出来的另外一个调控二型性转换的分子，我们发现它作用于TORC1-Sch9下游，是TORC1-Sch9信号传递途径的一个效应分子。YlRim15在发挥功能时，需要从细胞质进入到细胞核内，激活靶基因的转录表达，MHY1是受YlRim15控制的靶基因之一。在甘油丰富时，TORC1-Sch9能够阻断YlRim15的核转运，使其不能激活靶基因的表达，从而有效阻止了二型性转换的发生。我们的研究结果揭示了酵母细胞在营养丰富时抑制二型性转换的一个信号传递通路，并鉴定了这条通路所控制的一个转录因子Mhy1的作用机制，极大地丰富了人们对于真菌二型性转换调控的认识。