衔接重复序列在酵母菌絮凝蛋白结构和功能调控中的作用研究

高度重复序列是基因内非常活跃的成分，是蛋白质功能多样性的重要调节因子。真核生物基因内高度重复序列的起源、进化机制及其功能一直是分子遗传学研究的热点问题。FLO1是酵母菌基因组中典型的含基因内重复序列的基因家族成员，它可以使酵母细胞相互聚集产生絮凝表型。基因内重复序列的多少只与细胞的絮凝能力成正相关是国际上公认的观点，但我们的研究在国内外首次发现重复序列的缺失导致编码蛋白与糖分子相互识别和作用的特异性发生变化。本申请将在已有研究基础上，系统研究FLO1基因内不同重复序列缺失对细胞表型、蛋白质结构和功能、遗传稳定性等的影响，阐明蛋白质功能发生改变（尤其是糖识别和作用特异性改变）的结构基础和分子机制，并确定FLO1基因内重复序列中可能的同源重组易发序列。本研究不但有助于深入解析重复序列的进化机制和生物学功能，同时也为解决新絮凝特性在发酵工业中应用的遗传稳定性问题提供重要的理论基础。

酵母菌絮凝是指细胞之间相互聚集形成絮状或颗粒状细胞团，迅速沉降到发酵液底部或漂浮到发酵液顶部的一种生理特性。良好的絮凝特性既是细胞的一种群体保护机制，同时为工业发酵过程细胞和发酵液的分离及工业废水中重金属离子的去除提供了一种更加低廉有效的、环境友好的途径。. 絮凝是由细胞表面絮凝蛋白与相邻细胞表面的寡聚甘露糖链之间相互作用引起的。编码絮凝蛋白的基因中间存在大量衔接重复序列，它们驱动基因内或基因间的滑移和重组，在影响絮凝特性的同时导致絮凝特性的遗传不稳定性。本项目以酿酒酵母中典型的絮凝基因FLO1为研究对象，在国内外首次发现絮凝蛋白中靠近羧基端的重复序列(重复单元C和D)发生缺失提高了絮凝蛋白的构象稳定性，使酵母菌絮凝对环境酸碱变化产生了更广泛的适应性。FLO1中重复单元C或D缺失使酵母菌在pH10的环境中能保持52.8%或50.9%的絮凝能力，而表达完整絮凝基因的酵母菌的絮凝能力完全丢失。通过大肠杆菌和酿酒酵母筛选模型确定了絮凝基因衔接重复序列内与遗传不稳定性有关的同源重组热点序列。上述研究为构建遗传稳定的最小絮凝功能基因提供了理论依据，将为絮凝特性在发酵工业或环境修复过程中的可控应用提供新的解决策略。