Characterization of Genes That Play Role in Manganese Tolerance in Different Yeast Species

Abstract

Manganese is an essential element for organisms that can also be toxic. It has been stated that more than 5 mM Mn inhibits the growth of wild-type S. cerevisiae BY4741 strain. In the cases when this amount is exceeded, the stress upon manganese toxicity arises and it leads to a range of responses to normalize the manganese level. However, the genes accountable for that case are unknown. Manganese toxicity is a restrictor factor in the production of agricultural products. Identification and characterization of the genes that play a role in manganese homeostasis are rather essential. In this study, we have used Sanger Centre's Saccharomyces Genome Resequencing Project (SGRP) strains, which are collected from different regions of the world. After screened the whole collection, we have identified four manganese resistant strains; S. cerevisiae BY474, S. paradoxus Y6.5, S. cerevisiae 378604X and S. paradoxus Q74.4. Manganese-related genes were selected via the Saccharomyces genome database (SGD). Expression levels of these genes under manganese stress in most resistant strain Q74.4 analyzed by RT-Q-PCR. As a result, GCR-1 dependent translation factor GDT1 and high-affinity phosphate transporter PHO84 were found to be upregulated in Q74.4 that endure high levels of manganese toxicity. These genes are probably accountable for manganese tolerance in Q74.4 strain. The results arising from that study, will take the lead to the development of biotechnological exercises for manganese bioremediation. Meanwhile, it might help molecular mechanisms to be able to develop resistance to stressful conditions that manganese generates and shed light to further studies.

Mangan insan, hayvan ve bitkiler için esansiyel bir elementtir, aynı zamanda toksik olabilir. Bazı canlılar bu toksisiteyi tolere edebilir. Önceki çalışmalarda, 0,5 mMdan fazla mangan konsantrasyonunun yabani maya suşu S. cerevisiae BY4741'I inhibe ettiği belirtilmiştir. Bu miktarın arttığı durumda mangan toksisitesinin getirdiği stress artar ve mangan düzeyini normalize etmek için bir dizi cevap meydana gelir. Fakat bununla ilişkili genler bilinmemektedir. Mangan toksisitesi tarım ürünleri üretiminde kısıtlayıcı bir faktördür. Bu sebepten mangan homeostasinde rol alan genlerin belirlenmesi ve karakterize edilmesi elzemdir. Bu çalışmada, mangan dirençli suşları belirlemek amacıyla, dünyanın çeşitli bölgelerinden toplanmış Sanger Centre's Saccharomyces Genome Resequencing Project (SGRP) suşları kullanılmıştır. Tüm koleksiyon tarandıktan sonra dört dirençli suş tespit edilmiştir; S. cerevisiae BY474, S. paradoxus Y6.5, S. cerevisiae 378604X ve S. paradoxus Q74.4. Manganla ilişkili genler Saccharomyces genom database (SGD) kullanılarak seçilmiştir. RT-Q-PCR kullanılarak bu genlerin en dirençli suş Q74.4'da mangan stresi altında ekspresyon seviyelerine bakılmıştır. Gen ekspresyon analizinin sonucunda, GCR-1'e bağlı translasyon faktörü GDT1 ve yüksek afiniteli fosfat taşıyıcı PHO84'ün, yüksek seviyelerde mangan toksisitesine dayanan Q74.4'te upregüle edildiği bulundu. GDT1, Ca2+ ve Mn2+ taşınmasında işlev görür ve Golgi'de lokalize olurken, PHO84 bir transmembran fosfat transporterıdır. Bu genler Q74.4 suşunda mangan toleransından sorumlu olabilir. Bu çalışmadan çıkacak sonuçlar su ve topraktan mangan biyoremediasyonı için kullanılacak biyoteknolojik yöntemler geliştirilmesine önayak olabilir. Aynı zamanda, manganın yarattığı stress koşullarına karşı geliştirilen moleküler mekanizmaların aydınlatılmasına yardımcı olabilir ve sağlık alanındaki çalışmalarda kullanılabilir.