Genetische und physiologische Charakterisierung von Hanseniaspora uvarum

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Title: Genetische und physiologische Charakterisierung von Hanseniaspora uvarum
Authors: Langenberg, Anne-Kathrin
Thesis advisor: Prof. Dr. Jürgen J. Heinisch
Thesis referee: Prof. Dr. Hans Merzendorfer
Abstract: Hanseniaspora uvarum ist eine endogen auf Trauben vorkommende Weinhefe, die sich durch die Produktion eines breiten Spektrums an Aromastoffen als vielversprechend für einen gemeinsamen industriellen Einsatz mit Saccharomyces cerevisiae-Reinzuchtkulturen in der Weinbereitung darstellt. Voraussetzung dafür wäre die Unterbindung erhöhter Produktionen von Acetat, Acetoin und Ethylacetat, wodurch diese Hefe lange Zeit als schädlich für die Weinqualität betrachtet wurde. Auch eine Verbesserung der Gärfähigkeit und eine Erhöhung der Alkoholproduktion wären ein wünschenswertes Ziel. So wurden in dieser Arbeit grundlegende genetische und physiologische Untersuchungen durchgeführt. Zunächst wurde eine günstige „Fingerprint“-Methode zur schnellen und eindeutigen Identifizierung des H. uvarum-Typstamms gegenüber anderen Stämmen dieser Spezies entwickelt, was für einen Einsatz in der Weinindustrie Voraussetzung wäre. Über karyotypische Analysen (FIGE) in Kombination mit Southernblot- und Syntenieanalysen wurden sieben Chromosomen im Genom von H. uvarum, Chr I - VII, mit Größen zwischen 0,67 - 1,77 Mb identifiziert. Dabei konnten abhängig vom Chromosom 58 - 97 % den erstellten DNA-Sequenzen zugeordnet werden. Die Genomsequenzdaten von H. uvarum konnten über eine Zusammenführung mit Daten einer Sequenzierung der dritten Generation (PacBio RS), die als sogenannte „Scaffolds“ dienten, in einer Hybridassemblierung qualitativ deutlich verbessert werden. Dabei stieg der N50-Wert deutlich von bisher 121 kb auf 227 kb, so repräsentieren nur noch wenige Contigs die Hälfte der gesamten Sequenzdaten. In einer nachfolgenden automatisierten Annotierung, die anstelle von Transkriptomdaten Syntenie-Informationen anderer Hefen nutzte („YGAP“), wurden 3.169 von 4.348 offenen Leserastern (ORFs) bekannten Genfunktionen zugeordnet. Darunter befinden sich die kodierenden Gene aller am Gärungsstoffwechsel beteiligten Enzyme, die eine geringere Redundanz als in Saccharomyces cerevisiae zeigen, als auch eine Vielzahl von Genen, die wahrscheinlich an der Bildung bedeutender Aromastoffe involviert sind. Die spezifischen Aktivitäten der an der alkoholischen Gärung beteiligten Enzyme zeigen vergleichbare Werte zwischen H. uvarum und S. cerevisiae. Auffallend ist aber eine drastisch erniedrigte spezifische Aktivität der Pyruvatkinase in H. uvarum, die nach heterologer Expression in S. cerevisiae wahrscheinlich eine geringere katalytische Eigenschaft des Enzyms darstellt. Da es sich hier um eine Schlüsselreaktion der Glykolyse handelt, könnte dies das geringere Gärvermögen von H. uvarum erklären. Einige hier identifizierte (und analysierte) Gene stellen mögliche Ziele zukünftiger genetischer Manipulationen dar, die über sogenanntes „metabolisches Design“ eine kontrollierte Aromabildung durch H. uvarum erlauben könnten. Mit der Erzeugung von ura3-Mutanten wurde ein erster Grundstein zur Selektion neu eingebrachter DNA gelegt. Schließlich war es möglich H. uvarum einem genaueren phylogenetischen Ursprung, nach Entstehung von Zygosaccharomyces rouxii und kurz vor der Genomduplikation, zuzuordnen.
URL: https://repositorium.ub.uni-osnabrueck.de/handle/urn:nbn:de:gbv:700-2016110115107
Subject Keywords: Weinhefe; Genetische Charakterisierung; Physiologische Charakterisierung
Issue Date: 1-Nov-2016
License name: Namensnennung-NichtKommerziell-KeineBearbeitung 3.0 Unported
License url: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/
Type of publication: Dissertation oder Habilitation [doctoralThesis]
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