Molecular basis of amino acid metabolism of natural and industrial saccharomyces isolates

Resumo

Esta tesis doctoral está enmarcada en el proyecto europeo AROMAGENESIS (ID: 764364) titulado “Generation of new yeast strains for improved flavours and aromas in beer and wine”. El trabajo busca entender los mecanismos moleculares que gobiernan el catabolismo de amino ácidos y la producción de compuestos aromáticos fermentativos durante condiciones de fermentación vínica y la caracterización de nuevos genes relacionados al catabolismo de aminoácidos en ambientes naturales en especies del género Saccharomyces. En el capítulo 1 hemos demostrado que el gen ARO80 de las especies S. uvarum (Su) y S. kudriavzevii (Sk) inducen mayores niveles de expresión de los genes ARO9 y ARO10, implicados en el catabolismo de la fenilalanina y, por ende, incrementan la producción del alcohol superior 2-feniletanol, el cual es deseado en el vino. Mediante análisis bioinformáticos, hemos propuestos los cambios de aminoácido presentes en Aro80p-Su y Aro80p-Sk que explicarían el fenotipo observado. En el capítulo 2, estudiamos el rol del gen ARO4 en S. kudriavzevii (ARO4-Sk), ya que estudios previos identificaron cambios de aminoácidos fijados por selección positiva que podrían contribuir a la habilidad que tiene esta especie para producir mayor cantidad de alcoholes superiores en condiciones de fermentación vínica. Contrario a lo esperado, las cepas que expresan ARO4-Sk producen menor cantidad de 2-feniletanol y tirosol comparado con la cepa que expresa el alelo de S. cerevisiae (ARO4-Sc). Esto último se podría deber a que Aro4p-Sk es más sensible a la inhibición feedback ejercida por el aminoácido tirosina. Adicionalmente, proponemos que los cambios localizados en el extremo N-terminal estarían contribuyendo a esta mayor sensibilidad. En el capítulo 3, mediante genómica comparativa, identificamos tres nuevos genes subteloméricos en las especies S. uvarum, S. kudriavzevii y S. eubayanus. Demostramos que uno de los genes codifica una dialquilglicina decarboxilasa (DGDA), la cual cataboliza el aminoácido ácido 2-aminoisobutírico (AIB), denominado DGD1. Adicionalmente, caracterizamos un segundo gen, denominado DGD2, cuyo producto exhibe los dominios característicos de la familia de proteína dedos de zinc Zn2Cys6. Demostramos que DGD2 es esencial para la expresión de DGD1 ante la presencia de AIB. Análisis filogenéticos sugieren que tanto DGD1 como DGD2 fueron adquiridos mediante un evento de transferencia horizontal (HGT) desde un miembro cercano a Zygosaccharomyces, por lo que supone la primera demostración experimental de un HGT en Saccharomyces involucrado en la adaptación a ambientes naturales.