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酿酒酵母在生物科研上的应用

发布时间:2022-10-23 16:13 作者:北纳生物编辑-陈丹

酿酒酵母与同为真核生物的动物和植物细胞具有很多相同的结构,又容易培养,酵母被用作研究真核生物的模式生物。自1996年以来,酿酒酵母作为真核模式生物已经完成了全基因组测序、转录组分析、蛋白质相互作用网络图以及代谢功能图谱等工作。在众多的模式生物中,对酿酒酵母的研究最为深入,且最为广泛地被运用到各个领域。作为模式生物的先驱,酿酒酵母的优势在以下两个方面的应用尤为突出。

(1) 酿酒酵母作为模式生物在外源基因功能鉴定中的应用

酿酒酵母基因组小,生命周期短,繁殖快速,再加上实验操作上更简易,具有简便的平板影印能力,非常适合遗传周期短,繁殖快速,再加上实验操作上更简易,具有简便的平板影印能力,非常适合遗传学上的分析研究。同时,酿酒酵母具有稳定的单倍体和二倍体细胞,在实验条件下,酿酒酵母的二倍体和单倍体这两种状态可以相互转换。在众多的模式生物中,这是酿酒酵母较为突出的优点,这在基因功能鉴定上的应用尤为重要。目前,酿酒酵母基因转化与性状互补已经被广泛地应用到确定新外源基因的功能中。理论上,与任何一种遗传学特征相对应的不同生物的结构基因都可以通过质粒文库的互补作用,而在酿酒酵母缺失突变体中得到鉴定。

研究表明,利用整合型质粒(Yip 型),可以精确地对酿酒酵母基因组中的任意基因进行置换,并可以通过孢子繁殖中的四分体分析技术,有效地进行相关基因功能的观测和研究。另外,也可以将外源基因克隆于酿酒酵母表达载体上,转化野生型或突变型酵母菌株,通过观察醇母的表型变化来推测该基因的生物学功能。例如,科学家将玉米中可能编码脂肪酸脱氢酶的基因fad2导入野生型的酵母细胞中,利用基因表达技术,发现带有玉米基因的野生型酵母中出现了相应的不饱和脂肪酸,证明该基因具有编码脂肪酸脱氢酶的功能。

(2)酿酒酵母作为模式生物在人类基因功能研究中的应用

酿酒酵母作为单细胞真核生物,具有和动植物细胞相似的结构特征,包括细胞核,内质网,高尔基体,线粒体,过氧化物酶体,细胞骨架等,而且其细胞生长发育过程和动植物细胞也有很高的相似性,很多基因在酵母和动植物细胞中是高度保守的。而且,酵母细胞很容易进行生物化学和分子生物学操作,因此,酵母是基因功能研究中常用的模式生物。作为模式生物,酿酒酵母在人类基因功能研究上做出了很大的贡献,若一个未知功能的人类基因通过功能互补实验能够补偿酿酒酵母当中某一个已知功能的突变基因,那么,这个未知功能的人类基因与已知功能的酿酒酵母突变基因之间就具有相似的功能。例如,这个未知功能的人类基因与已知功能的酿酒酵母突变基因之间就具有相似的功能。例如,人类有3个基因与半乳糖血症有关,它们分别是CALT (UDP-半乳糖转移酶)、CALK2(半乳糖激酶)以及GALE (UDP-半乳糖异构酶),相对应的,它们分别能补偿酿酒酵母中相应的GAL7、GAL1、 GAL10这3个基因的突变。

利用酿酒酵母这种模式生物与人类基因之间的功能互补实验,两者越来越多的相关基因在遗传学水平上被验证。现在已经发现71对酿酒酵母与人类的互补基因,其中20个基因与基础代谢有关,16个与基因表达有关,1个与蛋白质运输有关,7个与DNA的合成修复有关,7个与信号转导相关,17 个与细胞周期有关。实验表明,在人类的遗传疾病中能够检测到接近50%的蛋白质和酿酒酵母蛋白质在氨基酸序列上具有一定的相似性,所以,人们能够较为合理地推测大部分的酵母蛋白质可以在人的蛋白质组当中找到相应同源物。最终根据酿酒酵母蛋白质组成员之间在结构以及功能上的等同性对人类的蛋白质做出分析。

作为一种重要的模式生物,酿酒酵母可以帮助人们鉴定更多影响衰老的哺乳动物基因。由于酿酒酵母很容易进行遗传学操作和高通量筛选,它将继续作为研究人类衰老和相关疾病的理想模型。

相关链接:酿酒酵母脂肪酸半乳糖转移酶蛋白质氨基酸细胞北纳生物

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