El Gen De Saccharomyces Cerevisiae ICY1 Afecta El Consumo De Nitrógeno Durante La Fermentación Alcohólica

El gen de Saccharomyces cerevisiae ICY1 afecta el consumo de nitrógeno durante la fermentación alcohólica

Antecedentes: Saccharomyces cerevisiae es el microorganismo principal responsable de la fermentación alcohólica. En este proceso, el consumo de nitrógeno es de gran importancia ya que se encuentra en cantidades limitantes y su deficiencia produce fermentaciones lentas y / o pegados generando grandes pérdidas económicas en la industria vinícola. En un trabajo previo se compararon los perfiles de transcripción entre cepas genéticamente relacionadas con las diferencias en el consumo de nitrógeno, la detección de genes con expresión diferencial que podría estar asociado a las diferencias en los niveles de nitrógeno consumido. Uno de los genes identificados fue ICY1. Con el objetivo de confirmar esta observación, en el presente trabajo se evaluó el consumo de amonio durante la fermentación de cepas que han eliminado o sobre expresado este gen.

Resultados: Nuestros resultados confirman el efecto de ICY1 en la absorción de nitrógeno mediante la evaluación de su expresión en las levaduras del vino durante las primeras etapas de la fermentación a baja (MS60) y normal (MS300) de nitrógeno asimilable. Nuestros resultados muestran que los niveles de mRNA de ICY1 disminuyen cuando la cantidad de nitrógeno asimilable es bajo. Además, se construyeron cepas derivadas de la cepa EC1118 industrial como un mutante nulo en este gen, así como una sobre expresión de ella.

Conclusiones: Nuestros resultados sugieren que la expresión de ICY1 está regulada por la cantidad de nitrógeno disponible en el mosto y está implicado en el consumo de amonio, dado el aumento en el consumo de esta fuente de nitrógeno observado en la cepa mutante nulo.

1. Introducción

La fermentación del vino es un proceso complejo que implica numerosos microorganismos, donde la levadura Saccharomyces cerevisiae es uno de los más importantes y responsable de la fermentación alcohólica. Durante este proceso, la cantidad de nitrógeno asimilable levadura es limitante [1], que es, en muchos casos, la causa de fermentaciones lentas o estancadas que producen grandes pérdidas económicas en la industria vinícola [2,3,4]. Las principales fuentes de nitrógeno en el mosto son aminoácidos y el ion amonio; ambos compuestos se incorporan en la célula a través de transporte activo por permeasas específicas [5,6,7,8]. Una vez dentro de la célula, estos compuestos se incorporan en el metabolismo del nitrógeno principal, donde los iones de amonio transportados desde el exterior de la célula o de los aminoácidos son asimilados por su incorporación en una molécula de α-cetoglutarato, llevado a cabo por la enzima glutamato deshidrogenasa [5] . Por otro lado, el nitrógeno de los aminoácidos se podría incorporar al glutamato generación de glutamina por la enzima glutamina sintetasa [5,9,10]. Las diferentes fuentes de nitrógeno disponible en el mosto se consumen en el orden de preferencia con respecto a su capacidad para ser incorporados en themain el metabolismo del nitrógeno [6,11]. El sistema principal de la regulación de genes implicados en el consumo de nitrógeno es el sistema de represión catabólica de nitrógeno [5], que permite que el consumo de las diferentes fuentes de nitrógeno disponibles a la levadura a ser regulado y es de gran importancia en el consumo de nitrógeno durante la fermentación alcohólica [5 , 12]. Todos estos procesos explican la complejidad del metabolismo del nitrógeno en la levadura y por lo tanto la participación de numerosos genes en este rasgo de gran interés enológico [5,10].

Debido a la importancia del metabolismo del nitrógeno en la fermentación alcohólica, numerosos estudios se han llevado a cabo para identificar los genes implicados en este proceso [13,14,15]. Dentro de este contexto, Jiménez-Martí et al. [16] se describe la expresión de diversos genes como una respuesta de la levadura a la sustitución del mosto con diferentes fuentes de nitrógeno observación de que la respuesta gen depende de la fuente de nitrógeno utilizada. Además, el efecto de algunos genes específicos en el consumo de nitrógeno se ha definido, por ejemplo GAP1 [7], los genes que codifican para las permeasas de amonio MEP1, 2 y 3 [17], entre otros, que han permitido la identificación de la principales genes implicados en la regulación del metabolismo de nitrógeno durante la fermentación alcohólica. Por otro lado, diversos estudios de todo el genoma que analizan los cambios transcripcionales asociados con el consumo de nitrógeno se han llevado a cabo [13,14,17,18,19]. Por lo tanto, la adición de fosfato de amonio se ha descrito para promover cambios de expresión de 350 genes implicados en el transporte de moléculas pequeñas, proteínas y síntesis de purina, entre otros [14]. Además, Varela et al. [19] utilizaron SAGE para analizar la expresión génica durante la fermentación notar variaciones en los genes importantes implicados en el transporte, GAP1, en el metabolismo, GDH2, GDH3 y PUT1 o en la regulación, GCN4 y MET30. A pesar de la gran cantidad de información disponible sobre este importante rasgo enológico, es vital recordar que al igual que otros rasgos enológicas, el consumo de nitrógeno es un fenotipo poligénica, donde varios genes contribuyen al rasgo observado, y por lo tanto muchos otros genes podría potencialmente participar en este proceso. En este sentido, nuestro laboratorio implementó un enfoque experimental basado en la cría de identificar los genes que aún no se han relacionado con este rasgo [15].

Esta estrategia consistió en la obtención de un híbrido del acoplamiento de cepas de vino silvestres y la generación posterior, por esporulación y autodiploidization de 115 cultivos monospóricos de este híbrido, produciendo una población de individuos genéticamente relacionados que presentan una distribución normal para el rasgo de consumo de nitrógeno. Las cepas AC19 y AC114, que diferían en el consumo de nitrógeno de amonio durante la fermentación alcohólica, se seleccionaron a partir de esta población. Estas cepas fueron objeto de un análisis comparativo de la transcripción utilizando microarrays permite la identificación de la expresión diferencial de 121 genes, entre ellos, el gen ICY1 [15]. Este gen se asocia con el fenotipo "petit negativo" lo que sugiere que es esencial en las cepas que pierden el ADN mitocondrial [20]. Otras mutaciones de los genes que se han descrito se repite el fenotipo, que están asociados con: el transporte de proteínas a la mitocondria [20,21], componentes de la F1-ATPasa [22], los componentes de la / antiport ADP ATP y proteínas que forman parte del sistema i-AAA [23,24]. Todos estos procesos están

...