Abstract The budding yeast, S accharomyces cerevisiae , is a leading system in genetics, genomics and molecular biology and is becoming a powerful tool to illuminate ecological and evolutionary principles. However, little is known of the ecology and population structure of this species in nature. Here, we present a field survey of this yeast at an unprecedented scale and have performed population genetics analysis of Chinese wild isolates with different ecological and geographical origins. We also included a set of worldwide isolates that represent the maximum genetic variation of S . cerevisiae documented so far. We clearly show that S . cerevisiae is a ubiquitous species in nature, occurring in highly diversified substrates from human‐associated environments as well as habitats remote from human activity. C hinese isolates of S . cerevisiae exhibited strong population structure with nearly double the combined genetic variation of isolates from the rest of the world. We identified eight new distinct wild lineages ( CHN I – VIII ) from a set of 99 characterized C hinese isolates. Isolates from primeval forests occur in ancient and significantly diverged basal lineages, while those from human‐associated environments generally cluster in less differentiated domestic or mosaic groups. Basal lineages from primeval forests are usually inbred, exhibit lineage‐specific karyotypes and are partially reproductively isolated. Our results suggest that greatly diverged populations of wild S . cerevisiae exist independently of and predate domesticated isolates. We find that China harbours a reservoir of natural genetic variation of S . cerevisiae and perhaps gives an indication of the origin of the species.

ABSTRACT Recognizing outcomes of DNA repair induced by CRISPR-Cas9 cutting is vital for precise genome editing. Reported DNA repair outcomes after Cas9 cutting include deletions/insertions and low frequency of genomic rearrangements and nucleotide substitutions. Thus far, substitution mutations caused by CRISPR-Cas9 has not attracted much attention. Here, we identified on-target point mutations induced by CRISPR-Cas9 treatment in the yeast Xanthophyllomyces dendrorhous by Sanger and Illumina sequencing. Different from previous studies, our findings suggested that the on-target mutations are not random and they cannot render the gRNA effective. Moreover, these point mutations showed strong sequence dependence that is not consistent with the observations in Hela cells, in which CRISPR-mediated substitutions were considered lacking sequence dependence and conversion preferences. Furthermore, this study demonstrated that the NHEJ components Ku70, Ku80, Mre11 , or RAD50 , and the overlapping roles of non-essential DNA polymerases were necessary for the emergence of point mutations, increasing the knowledge on CRISPR-Cas9 mediated DNA repair.

Abstract Brain and neurological diseases are influencing more than one billion world’s people. Nervonic acid (cis-15-tetracosenoic acid, C24:1 Δ15) benefits the treatment of neurological diseases and the health of brain. Currently, the sources of nervonic acid are limited to the seeds of a couple of plants. In this study, we employed the oleaginous yeast Yarrowia lipolytica to overproduce nervonic acid oil by systematic metabolic engineering. First, engineering the fatty acid elongation (FAE) pathway by expressing a heterologous β-ketoacyl-CoA synthase gene CgKCS enabled the production of nervonic acid in Y. lipolytica. Second, modulation of endogenous pathways by expressing a C16:0-acyl-CoA preferred fatty acid elongase gELOVL6 together with a C18:0-acyl-CoA preferred fatty acid desaturase MaOLE2 increased the content of nervonic acid in total fatty acids (TFA). Third, iterative expression of CgKCS , gELOVL6 and MaOLE2 at the genomic loci of rDNA , FAD2 , TGL4 , GSY1 and SNF1 dramatically improved the production of nervonic acid. Fourth, the biosynthesis of both nervonic acid and lipids were further enhanced by expression of the MaOLE2-CgKCS fusion protein and glycerol-3-phosphate acyltransferases (GPAT) and diacylglycerol acyltransferases (DGAT) from Malania oleifera in the endoplasmic reticulum (ER) membrane. Fifth, an ER structure regulator YlINO2 was identified in Y. lipolytica and the overexpression of YlINO2 led to a 39.3% increase in lipid production. Next, pilot-scale fermentation in 50-L reactor using the strain YLNA9 exhibited a lipid titer of 96.7 g/L and a nervonic acid titer of 17.3 g/L, the highest reported titer to date for de novo nervonic acid production. We also found that disruption of the AMP-activated S/T protein kinase SNF1 increased the ratio of nervonic acid (C24:1) to lignoceric acid (C24:0) by 61.6% and a ratio of 3.5:1 (nervonic acid to lignoceric acid) was achieved in the strain YLNA10. Finally, a proof-of-concept purification and separation of nervonic acid were performed and the purity of it reached 98.7%. This study suggested that oleaginous yeasts are attractive hosts for the cost-efficient production of nervonic acid and possibly other very long-chain fatty acids (VLCFAs).