Healthy Research Rewards
ResearchHub is incentivizing healthy research behavior. At this time, first authors of open access papers are eligible for rewards. Visit the publications tab to view your eligible publications.
Got it
ST
Soukaina Timouma
Author with expertise in Genomic Expression and Function in Yeast Organism
Achievements
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
9
(89% Open Access)
Cited by:
2
h-index:
4
/
i10-index:
4
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Transcriptional network of the industrial hybridSaccharomyces pastorianusreveals temperature-dependent allele expression bias and preferential orthologous protein assemblies

Soukaina Timouma et al.Apr 8, 2021
Abstract Saccharomyces pastorianus is an industrial natural yeast evolved from different hybridisation events between the mesophilic S. cerevisiae and the cold-tolerant S. eubayanus . This complex aneuploid hybrid carries multiple copies of the parental alleles alongside specific hybrid genes and encodes for multiple protein isoforms which impart novel phenotypes, such as the strong ability to ferment at low temperature. These characteristics lead to agonistic or antagonistic competition for substrates and a plethora of biochemical activities, resulting in a unique cellular metabolism. Here, we investigated the transcriptional signature of the different orthologous alleles in S. pastorianus during temperature shifts. We identified temperature-dependent media-independent genes and showed that 35% have their regulation dependent on extracellular leucine uptake, suggesting an interplay between leucine metabolism and temperature response. The analysis of the expression of ortholog parental alleles unveiled that the majority of the genes express preferentially one parental allele over the other, and that S. eubayanus -like alleles are significantly over-represented among the genes involved in cold acclimatisation. The presence of functionally redundant parental alleles may impact on the nature of protein complexes established in the hybrid, where both parental alleles are competing. Our expression data indicate that the majority of the protein complexes in the hybrid are likely to be either exclusively chimeric or uni-specific, and that the redundancy is discouraged, a scenario which fits well with the stoichiometric balance-hypothesis. This study offers the first overview of the transcriptional pattern of S. pastorianus and provide a rationalisation for its unique industrial traits at expression level.
0
Citation1
0
Save
1

Aneuploidy influences the gene expression profiles in Saccharomyces pastorianus group I and II strains during fermentation

Roberto Cerda et al.Dec 10, 2021
Abstract The lager yeasts, Saccharomyces pastorianus , are hybrids of Saccharomyces cerevisiae and Saccharomyces eubayanus and are divided into two broad groups, Group I and II. The two groups evolved from at least one common hybridisation event but have subsequently diverged with Group I strains losing many S. cerevisiae chromosomes while the Group II strains retain both sub-genomes. The complex genomes, containing orthologous alleles from the parental chromosomes, pose interesting questions regarding gene regulation and its impact on the fermentation properties of the strains. Superimposed on the presence of orthologous alleles are complexities of gene dosage due to the aneuploid nature of the genomes. We examined the contribution of the S. cerevisiae and S. eubayanus alleles to the gene expression patterns of Group I and II strains during fermentation. We show that the relative expression of S. cerevisiae and S. eubayanus orthologues is positively correlated with gene copy number. Despite the reduced S. cerevisiae content in the Group I strain, S. cerevisiae orthologues contribute to biochemical pathways upregulated during fermentation which may explain the retention of specific chromosomes in the strain. Conversely, S. eubayanus genes are significantly overrepresented in the upregulated gene pool in the Group II strain. Comparison of the transcription profiles of Group I and II strains during fermentation identified both common and unique gene expression patterns, with gene copy number being a dominant contributory factor. Thus, the aneuploid genomes create complex patterns of gene expression during fermentation with gene dosage playing a crucial role both within and between strains.
1
Citation1
0
Save
0

Impact of inter-species hybridisation on antifungal drug response in theSaccharomycesgenus

Federico Visinoni et al.Jan 31, 2024
Abstract Antifungal drug resistance across fungal and yeast pathogens presents one of the major concerns for global public health. Understanding the interactions between genetic background and environment is important for the development of new, effective treatments of infections. Allelic variation within populations of Ascomycota as well as hybridisation impacts the phenotype in response to stressful conditions, including to antifungal drugs. We exploited recent advances in multigenerational breeding of Saccharomyces interspecies hybrids to study the impact of hybridisation on antifungal resistance and identify quantitative trait loci (QTL) responsible for the phenotypes observed. A library of Saccharomyces cerevisiae x S. kudriavzevii hybrid offspring was screened in the presence of sub-lethal concentrations of six antifungal drugs and revealed a broad phenotypic diversity across the progeny. QTL analysis was carried out comparing alleles between the pools of high and low fitness offspring, identifying hybrid-specific genetic regions involved in resistance to fluconazole, micafungin and flucytosine. We found both drug specific and pleiotropic regions, and through gene ontology and SIFT analysis we identify potential causal genes, such as BCK2 and DNF1 that were validated via reciprocal hemizygosity analysis. We highlight 41 regions that contain genes not previously associated with resistance phenotypes in the literature. The results of this screening will help identify new pathways contributing to drug resistance, and lead to greater understanding of how allelic variation, hybridisation and evolution affect antifungal drug resistance in yeast and fungi.
3

HybridMine: pipeline for allele inheritance and gene copy number prediction in industrial yeast hybrids

Soukaina Timouma et al.May 7, 2020
ABSTRACT Saccharomyces pastorianus is an allopolyploid sterile yeast hybrid used in brewing to produce lager-style beers. The development of new yeast strains with valuable industrial traits such as improved maltose utilization or balanced flavour profiles are now a major ambition and challenge in craft brewing and distilling industries. Genome-scale computational approaches are opening opportunities to model and predict favourable combination of traits for strain development. However, mining the genome of these complex hybrids is not currently an easy task, due to the high level of redundancy and presence of homologous. Moreover, no genome annotation for these industrial strains have been published. Here, we developed HybridMine, a new user-friendly, open-source tool for functional annotation of hybrid aneuploid genomes of any species by predicting parental alleles including paralogs. As proof of principle, we carried out a comprehensive structural and functional annotation of complex yeast hybrids to enable system biology prediction studies. HybridMine is developed in Python, Perl and Bash programming languages and is available at https://github.com/Sookie-S/HybridMine .
4

High qualityde novogenome assembly of non-conventional yeastKazachstania bulderia new potential low pH production host for biorefineries

Laura Balarezo-Cisneros et al.Jan 12, 2023
Abstract Kazachstania bulderi is a yeast species belonging to a ubiquitous group of non-conventional yeasts which has the ability to grow efficiently on glucose and δ-gluconolactone at low pH. This unique trait makes K. bulderi an ideal candidate as a new host for low pH fermentation processes for sustainable production of green chemicals such as organic acids. To accelerate strain development with this species, detailed information of its genetics is needed. Here, by employing high accuracy long read sequencing we report a high-quality phased genome assembly for three strains belonging to K. bulderi species, including the type strain. The sequences were assembled into 12 chromosomes with a total length of 14Mb, and the genome was fully annotated at structural and functional levels, including allelic and structural variants, ribosomal array, centromeres and mating type locus. This high-quality reference genome provides an essential resource to advance our fundamental knowledge of biotechno-logically relevant non-conventional yeasts and to support the development of genetic tools for manipulating such strains towards their use as production hosts biotechnological processes.
0

Functional and transcriptional profiling of non-coding RNAs in yeast reveal context-dependent phenotypes and widespread in trans effects on the protein regulatory network

Laura Balarezo-Cisneros et al.Apr 7, 2020
Non-coding RNAs (ncRNAs), including the more recently identified Stable Unannotated Transcripts (SUTs) and Cryptic Unstable Transcripts (CUTs), are increasingly being shown to play pivotal roles in the transcriptional and post-transcriptional regulation of genes in eukaryotes. Here, we carried out a large-scale screening of ncRNAs in Saccharomyces cerevisiae , and provide evidence for SUT and CUT function. Phenotypic data on 372 ncRNA deletion strains in 23 different growth conditions were collected, identifying ncRNAs responsible for significant cellular fitness changes. Transcriptome profiles were assembled for 18 haploid ncRNA deletion mutants and 2 essential ncRNA heterozygous deletants. Guided by the resulting RNA-seq data we analysed the genome-wide dysregulation of protein coding genes and non-coding transcripts. Novel functional ncRNAs, SUT125, SUT126, SUT035 and SUT532 that act in trans by modulating transcription factors were identified. Furthermore, we described the impact of SUTs and CUTs in modulating coding gene expression in response of different environmental conditions, regulating important biological process such as respiration (SUT125, SUT126, SUT035, SUT432), steroid biosynthesis (CUT494, SUT530, SUT468) or rRNA processing (SUT075 and snR30). Overall, this data captures and integrates the regulatory and phenotypic network of ncRNAs and protein coding genes, providing genome-wide evidence of the impact of ncRNAs on cellular homeostasis.
0

Development of a genome-scale metabolic model for the lager hybrid yeast S. pastorianus to understand the evolution of metabolic pathways in industrial settings

Soukaina Timouma et al.May 31, 2024
ABSTRACT In silico tools such as genome-scale metabolic models have shown to be powerful for metabolic engineering of microorganisms. Saccharomyces pastorianus is a complex aneuploid hybrid between the mesophilic Saccharomyces cerevisiae and the cold-tolerant Saccharomyces eubayanus . This species is of biotechnological importance because it is the primary yeast used in lager beer fermentation and is also a key model for studying the evolution of hybrid genomes, including expression pattern of ortholog genes, composition of protein complexes, and phenotypic plasticity. Here, we created the iSP_1513 GSMM for S. pastorianus CBS1513 to allow top-down computational approaches to predict the evolution of metabolic pathways and to aid strain optimization in production processes. The iSP_1513 comprises 4,062 reactions, 1,808 alleles, and 2,747 metabolites, and takes into account the functional redundancy in the gene-protein-reaction rule caused by the presence of orthologous genes. Moreover, a universal algorithm to constrain GSMM reactions using transcriptome data was developed as a python library and enabled the integration of temperature as parameter. Essentiality data sets, growth data on various carbohydrates and volatile metabolites secretion were used to validate the model and showed the potential of media engineering to improve specific flavor compounds. The iSP_1513 also highlighted the different contributions of the parental sub-genomes to the oxidative and non-oxidative parts of the pentose phosphate pathway. Overall, the iSP_1513 GSMM represent an important step toward understanding the metabolic capabilities, evolutionary trajectories, and adaptation potential of S. pastorianus in different industrial settings. IMPORTANCE Genome-scale metabolic models (GSMM) have been successfully applied to predict cellular behavior and design cell factories in several model organisms, but no models to date are currently available for hybrid species due to their more complex genetics and general lack of molecular data. In this study, we generated a bespoke GSMM, iSP_1513, for this industrial aneuploid hybrid Saccharomyces pastorianus , which takes into account the aneuploidy and functional redundancy from orthologous parental alleles. This model will (i) help understand the metabolic capabilities and adaptive potential of S. pastorianus (domestication processes), (ii) aid top-down predictions for strain development (industrial biotechnology), and (iii) allow predictions of evolutionary trajectories of metabolic pathways in aneuploid hybrids (evolutionary genetics).
0

Impact of inter-species hybridisation on antifungal drug response in the Saccharomyces genus

Federico Visinoni et al.Dec 2, 2024
Abstract Background Antifungal drug resistance presents one of the major concerns for global public health, and hybridization allows the development of high fitness organisms that can better survive in restrictive conditions or in presence of antifungal agents. Hence, understanding how allelic variation can influence antifungal susceptibility in hybrid organisms is important for the development of targeted treatments. Here, we exploited recent advances in multigenerational breeding of hemiascomycete hybrids to study the impact of hybridisation on antifungal resistance and identify quantitative trait loci responsible for the phenotype. Results The offspring of Saccharomyces cerevisiae x S. kudriavzevii hybrids were screened in the presence of six antifungal drugs and revealed a broad phenotypic diversity across the progeny. QTL analysis was carried out comparing alleles between pools of high and low fitness offspring, identifying hybrid-specific genetic regions involved in resistance to fluconazole, micafungin and flucytosine. We found both drug specific and pleiotropic regions, including 41 blocks containing genes not previously associated with resistance phenotypes. We identified linked genes that influence the same trait, namely a hybrid specific ‘super’ QTL, and validated, via reciprocal hemizygosity analysis, two causal genes, BCK2 and DNF1 . The co-location of genes with similar phenotypic impact supports the notion of an adaption process that limits the segregation of advantageous alleles via recombination. Conclusions This study demonstrates the value of QTL studies to elucidate the hybrid-specific mechanisms of antifungal susceptibility. We also show that an inter-species hybrid model system in the Saccharomyces background, can help to decipher the trajectory of antifungal drug resistance in pathogenic hybrid lineages.