Efecto de la diversidad alélica en la detección de fuentes de nitrógeno sobre la activación de TORC1 en Saccharomyces cerevisiae

Abstract

Saccharomyces cerevisiae es la principal especie responsable de la producción de vino. Un problema importante durante el proceso de vinificación son las fermentaciones estancadas debido a la deficiencia de nitrógeno en el mosto de uva. Actualmente, el metabolismo del nitrógeno se encuentra bajo investigación activa, con énfasis en la vía de señalización TORC1, dado su papel central en conectar el crecimiento con la suficiencia de nutrientes. Sin embargo, el mecanismo por el cual las fuentes de nitrógeno activan TORC1 no se comprende completamente. En este trabajo, se desarrolló un nuevo método para monitorear la activación de TORC1 basado en el gen reportero de la luciferasa. Este método se usó para fenotipificar una población recombinante derivada de dos cepas que mostraron fenotipos opuestos para la activación de TORC1 por glutamina. Usando esta información fenotípica, se realizó un mapeo de QTLs, identificando varios QTLs para la activación de TORC1. Utilizando un análisis de hemicigosidad recíproca, se validaron los genes GUS1, KAE1, PIB2 y UTH1 como responsables de la variación natural en la activación de TORC1. Las cepas recíprocas hemicigotas para el gen KAE1 (ATPasa requerida para la modificación t6A de los tRNAs) mostraron las mayores diferencias fenotípicas para la activación de TORC1, como también diferencias fenotípicas en sus capacidades fermentativas en condiciones de bajo nitrógeno. En conjunto, estos resultados resaltan la importancia del procesamiento de tRNAs en la activación de TORC1 y conectan esta vía con la cinética de fermentación de levaduras en condiciones limitantes de nitrógeno.

Saccharomyces cerevisiae is the main species responsible for wine production. A major problem during the winemaking process are stuck fermentations due to nitrogen deficiency in the grape must. Currently, nitrogen metabolism is under active research, with emphasis on the TORC1 signalling pathway, given its central role connecting growth with nutrient sufficiency. However, the mechanism by which nitrogen sources activate TORC1 is not completely understood. In this work, a new method for monitoring TORC1 activation was developed based on the luciferase reporter gene. This method was used to phenotype a recombinant population derived from two strains that showed opposite phenotypes for TORC1 activation by glutamine. Using this phenotypic information, a QTL mapping was performed, identifying several QTLs for TORC1 activation. Using a reciprocal hemizygous analysis, the GUS1, KAE1, PIB2 and UTH1 genes were validated as responsible for the natural variation in the TORC1 activation. Reciprocal hemizygous strains for KAE1 gene (ATPase required for t6A tRNA modification) showed the greatest phenotypic differences for TORC1 activation, as well as phenotypic differences in their fermentative capacities under low nitrogen conditions. Altogether, these results highlight the importance of tRNA processing in TORC1 activation and connects this pathway with yeast fermentation kinetics under nitrogen-limited conditions.