Application of Shotgun DNA Microarray Technology to Gene Expression Analysis in Lager Yeast

AbstractWe used a shotgun DNA microarray strategy for gene expression analysis in brewing lager yeast for the first time. We constructed a random genomic library from a bottom-fermenting (lager) yeast strain, Weihenstephan 34/70, which is widely used in lager beer brewing. A DNA fragment size of ≈2.5 kbp was chosen, and 20,160 clones from the genomic library were printed on the shotgun DNA microarray. The gene expression analysis was carried out with total RNA extracted from lager yeast strains for a series of fermentation trials. Among the 7,636 spots that showed more than the limit of detection, 207 were selected as showing significant expression changes. In all, 37 spots were first repressed and then induced, and 62 spots were first induced and then repressed. Those spots were sequenced, annotated, and categorized into four clusters composed of the following sets of genes: 1) significantly induced, 2) significantly repressed, 3) first repressed and then induced, and 4) first induced and then repressed. These different patterns of expression for genes related to the fermentation process have been discussed. Therefore, we have shown that the shotgun DNA microarray technology is a very useful tool for accomplishing gene expression studies with lager yeast strains.RESUMENUtilizamos una estrategia de secuenciación al azar de microarreglos de DNA (shotgun DNA microarray) para el análisis de la expresión del gene en levadura lager por primera vez. Construimos una genoteca genómica al azar de una cepa de levadura de fermentación baja (levadura lager), Weihenstephan 34/70, que es extensamente usada en la fabricación de la cerveza de tipo lager. Un tamaño de ≈2.5 kbp fue elegido por el tamaño de los fragmentos de DNA y 20,160 clones de la genoteca genómica fueron impresos en los microarreglos de DNA para secuenciación al azar. El análisis de la expresión del gene fue realizado con el RNA total extraído de las cepas de levadura lager para una serie de ensayos de fermentación. Entre los 7,636 puntos que demostraron más que el límite de detección, 207 fueron seleccionados demostrando significativa cambia en la expresión. En todos, 37 puntos primero fueron reprimidos y en seguida inducidos, y 62 puntos primero fueron inducidos y en seguida reprimidos. Esos puntos fueron ordenados, anotados, y categorizados en cuatro racimos integrados por los sistemas siguientes de genes: 1) inducido perceptiblemente, 2) reprimidos perceptiblemente, 3) primero reprimido y en seguida inducido, y 4) primero inducido y en seguida reprimido. Estos diversos patrones de la expresión para los genes se relacionaron con el proceso de fermentación se han discutido. Por lo tanto, hemos demostrado que la tecnología de secuenciación al azar de microarreglos de DNA es una herramienta muy útil para lograr estudios de la expresión del gene con cepas de la levadura de tipo lager.KeywordsFermentationGene expression analysisLager yeastShotgun DNA microarrayWeihenstephan 34/70Palabras clave: Análisis de la expresión del geneFermentaciónLevadura de tipo lagerMicroarreglos de DNAWeihenstephan 34/70