自噬是细胞内重要的分解代谢过程,通过形成双层膜结构的自噬囊泡,将胞质内容物如损坏或多余的细胞器、错误折叠的蛋白质、聚集体以及胞内病原物投递到溶酶体（动物）或液泡（酵母和植物）中进行降解和循环利用,从而调控细胞的稳态平衡。芽殖酵母（Saccharomyces cerevisiae）是用于自噬研究的经典模式生物,目前已发现37个自噬相关（Autophagy-related,ATG）基因,其中24个在哺乳动物中存在同源序列。因此,自噬的核心分子机器在真核生物中高度保守。ATG9是芽殖酵母中重要的自噬相关基因,其蛋白质产物包含六次跨膜的α螺旋。在自噬起始时,Atg9通过与其他自噬相关蛋白质和自噬调控因子相互作用,形成复杂的分子网络,从而协同调控膜运输、吞噬泡成核和自噬体形成等自噬早期的事件。目前尚不清楚Atg9的相互网络中有多少个蛋白质参与调控自噬,这些蛋白质如何与Atg9协同也有待研究。本课题选用BY4741背景的野生型和atg9Δ单倍体酵母。在减氮饥饿0、1和2小时的条件下,开展了转录组和蛋白质组检测,分别定量了6,473个m RNA和3,678个蛋白质。进一步分析表明290个m RNA和256个蛋白质的表达水平可能在atg9Δ中存在显著差异,其中包括11个在m RNA和蛋白质水平都发生显著差异的基因。富集分析结果表明膜运输相关过程主要富集在蛋白质层面,而翻译相关过程则主要富集在m RNA水平,表明Atg9对于转录和翻译具有不同的调控作用。结合公共数据库中的蛋白质-蛋白质相互作用信息,获得341个已知的Atg9相互作用蛋白质,发现其中已知的自噬相关蛋白质和调控因子,其m RNA或蛋白质水平在自噬过程中均未发生显著变化。为了发现新的自噬调控因子,本课题提出“相似分子特征的蛋白质可能具有相似功能”的新假设,整合转录组、蛋白质组和相互作用组数据,设计了“功能相互作用伙伴推测”（inference of functional interacting partners,i FIP）算法。该算法通过综合评估候选蛋白质在转录、翻译和相互作用层面与已知自噬相关蛋白质和调控因子的相似性,共预测42个潜在参与调控自噬的Atg9相互作用蛋白质,其中包括15个已报道的自噬相关蛋白质或调控因子。利用酵母敲除克隆文库筛选了17个Atg9潜在相互作用蛋白质的单基因敲除菌株基因,发现GTP酶激活蛋白（GTPase-activating protein,GAP）Glo3和神经酰胺羟化酶（ceramide hydroxylase）Scs7在选择性和非选择自噬中均具有调控功能。在减氮饥饿诱导的自噬过程中,Atg9对Glo3和Scs7的m RNA和蛋白质表达均有显著影响,但不影响这两种蛋白质的亚细胞定位。免疫共沉淀实验表明Glo3和Scs7都与Atg9直接相互作用,且这两个蛋白质与Atg9的共定位在自噬过程的早期显著增强。进一步研究发现Glo3在自噬过程中参与调控Atg9的反向运输,而Scs7并不参与此过程。最后结合已知和新发现的、参与调控酵母自噬的44个Atg9相互作用蛋白质,绘制Atg9分子网络,包括蛋白质/膜运输、自噬体组装、自噬体形成/成熟、液泡融合、Tor信号转导和RNA调控六个功能模块。综上所述,本研究不仅为多组学数据分析提供新的计算方法,还通过后续实验发现两个新的自噬调控因子Glo3和Scs7,从而揭示Atg9分子网络调控酵母自噬的潜在作用机制。