源自GAPDH的小肽在群体水平增强S.cerevisiae对DNA损伤的抵抗能力

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在高等生物中,个体之间的交流普遍存在,生物个体通过相互合作以应对自然界中的各种挑战,所以我们认为高等生物具有社会性。个体间的合作是一种社会行为,它的存在有助于生物群体应对外界自然环境中各种生存考验。具有合作交流的生物个体被认为是社会性动物。微生物群体中存在普遍的信息传递现象,但是,微生物中存在的社会行为却一直被忽略。研究表明,在酿酒酵母当中,细胞间的信息交流对于群体的生存至关重要,作为一种进化了漫长时间的“化石”级别真菌,酿酒酵母频繁遭受外界DNA损伤因子的刺激,进化出了一系列修复机制应对外界刺激而导致的DNA损伤。但是,酵母细胞在受到外界不良刺激而导致DNA损伤后,是否会发出信号并且传递给周围其他个体,从而提高酵母细胞群体抵抗外界不良刺激的能力还不得而知。  为了探究DNA损伤信号传递在酿酒酵母群体中是否存在,我们构建了灵敏检测DNA损伤信号的系统。在RNR3启动子的下游,融合了报告基因GFP,把具有RNR3-GFP的酵母细胞与DNA受到损伤的酵母细胞混合培养后,通过荧光显微镜观察,发现了表达绿色荧光蛋白的酵母细胞,这表明DNA受到损伤的酵母细胞确实产生了DNA损伤信号传递给了周围的个体。进一步实验证明了介导DNA损伤信号传递的物质是分泌型小肽,并且能够提高酿酒酵母应对外界不良刺激的抵抗能力。  运用高分辨液质联用和生物信息学技术鉴定出分泌型小肽的序列及来源,并通过基因敲除和蛋白过表达手段进行了验证。介导信号传递的物质是酿酒酵母在DNA受到损伤时,由Yca1从Tdh1的N端切下来的一段小肽。遗传学实验和流式细胞仪检测结果表明小肽对生长状态差的酵母细胞具有杀伤作用,其作用机制是通过杀死部分“亚健康”状态的个体,从而在群体水平提高酿酒酵母抵抗外界不良刺激的能力。小肽对致病性真菌白色念珠菌和新型隐球菌具有更强的杀伤作用,具有开发成治疗真菌感染药物的巨大潜力。  综上所述,当酵母细胞在受到外界不良刺激而损伤DNA后,会分泌小肽介导细胞间的信息传递,杀死部分生长能力低下的酵母细胞,从而在群体水平上提高了抵抗外界不良刺激的能力,正如高等生物群体中存在的“亲杀行为”。作为单细胞生物,微生物个体一直被认为是自私的,而本研究为认识微生物群体提供了一个新的角度,即在酿酒酵母群体中也存在无私而利他的社会行为,有助于提高群体应对恶劣环境的能力,保证物种的延续。另外,小肽的杀伤作用能够为我们提供一个治疗真菌性感染的新思路。
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