Engineering polygener Eigenschaften in S. cerevisiae

Die Hefe Saccharomyces cerevisiae wird als eukaryotischer Modellorganismus in der Grundlagenforschung und für biotechnologische Anwendungen eingesetzt. Tausende verschiedene Hefestämme werden in Stammsammlungen gespeichert und stellen aufgrund ihrer genetischen Vielfalt einen enormen Pool phänotypischer Variabilität dar. Die meisten biotechnologisch wichtigen Phänotypen, wie etwa Toleranz gegenüber verschiedenen Umweltstress-Faktoren und Effizienz bei der Produktion von bestimmten Metaboliten oder Proteinen, sind polygen. Daher ist die Identifizierung der Gene, die zu einem solchen Phänotyp beitragen, und sein quantitativer Transfer zwischen Stämmen nicht so einfach wie bei Mendelschen Merkmalen. Die Entwicklung neuer Methoden zur Analyse und Bearbeitung von Genomen in den letzten zwei Jahrzehnten sowie die Verfügbarkeit großer Stammsammlungen haben jedoch den Weg für die Charakterisierung der kausalen Allele für komplexe Merkmale und für deren schnelle Übertragung zwischen verschiedenen Stämmen geebnet. In diesem Projekt zielen wir auf die Charakterisierung der optimalen Gene für mehrere polygene Merkmale ab, indem wir die genetische und phänotypische Vielfalt einer großen Sammlung von Hefestämmen nutzen. Die Ergebnisse werden genutzt, um Stämme zu optimieren, die bereits für die Synthese von Produkten von biotechnologischer Bedeutung entwickelt wurden. Wir werden genetisch und phänotypisch unterschiedliche Stämme aus einer Sammlung von mehr als 1000 Stämmen auswählen, um die relevanten Merkmale zu untersuchen. Eine angepasste Variante des synthetic genetic array-Verfahrens und der quantitative trait-loci- Analyse werden zusammen mit der kontinuierlichen Analyse der gewählten Phänotypen in einem sequentiellen Kreuzungsverfahren verwendet, um die vorteilhaften Allele aller Ausgangsstämme in einem neuen Stamm zu vereinen. Die Ergebnisse dieser Proof-of- Principle-Studie werden nicht nur unser Verständnis der untersuchten Phänotypen verbessern, sondern auch das Potenzial der Verwendung großer Stammsammlungen für solche Studien im Allgemeinen veranschaulichen. Schließlich wird die Möglichkeit, einen Satz kausaler Allele zu bestimmen, die für einen bestimmten Phänotyp erforderlich sind, für die Entwicklung verbesserter Industriestämme wichtig sein.