Wijziging van de snelheid van genregulatie ter verbetering van industriële giststammen

Micro-organismen leven doorgaans in een omgeving waarin de beschikbaarheid van voedingsstoffen zeer variabel is. Meestal is het voor deze organismen dan ook cruciaal om op de juiste manier op veranderingen in hun omgeving te reageren. Zeker omdat een metabolische reactie een investering van tijd, energie en kostbare bouwstenen vraagt, en vaak gepaard gaat met een periode van vertraagde groei, ook wel gekend als een lag-fase. De lengte van deze lag-fase kan zeer sterk variëren, afhankelijk van welk organisme, fenotype of welke omgeving wordt beschouwd. Echter wordt ook grote natuurlijke variatie in de lengte van de lag-fase waargenomen tussen cellen van dezelfde soort. Dit geeft aanleiding tot een aantal vragen: Waarom zou een organisme een lange lag-fase hebben? Geeft een lange lag-fase voordelen aan het organisme? Welke (genetische) factoren bepalen de lengte en natuurlijke variatie van de lag-fase?
In dit project bestuderen we hoe de gist Saccharomyces cerevisiae reageert op een verandering van voedingsstoffen in de omgeving, en meer bepaald op een omschakeling van glucose naar andere suikers. Ten eerste onderzoeken we de mate waarin de lengte van de lag-fase varieert tussen genetisch diverse giststammen voor verschillende types van veranderende suikeromgevingen. We vinden dat er inderdaad grote natuurlijke variatie in de lengte van de lag-fase bestaat tussen verschillende genotypes. Verder vinden we dat hoe goed een giststam aan respiratie kan doen een grote invloed heeft op de lengte van de lag-fase. Vervolgens benutten we de natuurlijke variatie in lag-fase via QTL-analyse om te bepalen welke genetische factoren aan de basis liggen van de verschillen in lengte van de lag-fase. Via deze analyse vinden we een gen waarvan de natuurlijke allelische variatie een groot deel van de waargenomen verschillen verklaart. Via een combinatie van elkaar aanvullende experimentele technieken tonen we aan dat dit gen, hoogstwaarschijnlijk via regulatie van respiratie, belangrijk is in het afregelen van de lengte van de lag-fase. Tot slot onderzoeken we of er voor- en nadelen zijn aan het hebben van een lag-fase. Via competitie-experimenten vinden we sterke indicaties voor een link tussen de sterkte van repressie van respiratie en de lengte van de lag-fase. Samen geven onze resultaten aan dat het afregelen van glucose-geïnduceerde repressie van respiratie de natuurlijke variatie in de lengte van de lag-fase bepaalt.