金针菇不同发育阶段差异基因筛选及转录因子FfMYB和FfGAL基因的原核表达与纯化

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金针菇(Flammulina filiformis)是一种典型的异宗结合双因子四极性的食用菌,被认为是可应用于大型真菌遗传育种与发育生理研究的一种潜在模式真菌。目前金针菇子实体发育机制尚不明确,本研究以金针菇Fy331菌株为研究对象,通过出菇实验收集菌丝、原基、幼菇和成熟子实体阶段样品,利用转录组测序获得了与Fy331发育相关的差异表达基因,并结合GO富集分析和KEGG富集分析对金针菇子实体形成机制进行了解析。之后,利用荧光定量PCR技术筛选出适用于金针菇不同样品基因表达量测定的内参基因,在此基础上筛选出2个可能参与金针菇子实体发育的转录因子Ff MYB和Ff GAL,并对以上2个转录因子进行了外源表达和纯化。主要研究结果如下:(1)通过出菇实验获得了金针菇Fy331菌株不同发育阶段样品,并进行了转录组测序,构建了菌丝阶段、原基阶段、幼菇阶段和成熟子实体阶段相应的c DNA文库,从相应文库中获得了42598023、41888244、39437183和46561398个clean reads。以菌丝为对照的组间差异基因分析发现:在原基、幼菇和成熟子实体中分别找到4539个(2342个上调,2197个下调)、4322个(1791个上调,2531个下调)和4034个(1537上调,2497下调)差异表达基因。GO富集分析结果表明,随着金针菇子实体发育进程的推进,与生物学过程相关的生物调控、细胞进程和发育进程,与细胞组分相关的细胞间连接、脂膜结构和小分子复合体合成,以及与分子功能相关的酶活性和转录因子活性等基因功能均显著富集。KEGG富集分析结果表明,与初级代谢产物合成、次级代谢产物积累、能量代谢以及细胞组分合成相关的通路在金针菇子实体发育过程中显著富集。根据GO富集分析和KEGG富集分析,并结合差异倍数筛选出在金针菇各个发育阶段差异表达的12个转录因子和15个功能基因。(2)为确保差异表达基因表达量测定的准确性,通过荧光定量PCR技术分析了13个候选内参基因在金针菇不同菌株(Fy331、Fw12、川金10、Fv296、金黄11和福建白金)菌丝,以及Fy331菌株不同发育阶段(菌丝、原基、幼菇和成熟子实体)的表达情况,并使用Norm Finder、Best Keeper、Ge Norm等软件对候选内参基因在不同样品中的表达稳定性进行了分析。结果表明:Vha68、TEF和β-TUB基因在不同菌株菌丝中表达稳定;Vha68、ACT和GPD基因在不同发育阶段样品中表达稳定。使用最佳内参基因组合对转录组数据中的12个转录因子和15个功能基因的表达量进行计算,发现以上基因在金针菇不同发育阶段的表达模式与转录组结果具有较高相关性。(3)大量研究表明锌指蛋白转录因子在生物在生长发育过程中有着至关重要的作用。对前期筛选出的12个转录因子基因的表达模式进行具体分析,发现Ff GAL基因和Ff MYB基因在金针菇子实体发育过程中显著上调表达。通过PCR扩增、连接载体和测序获得了以上2个基因的编码序列,并对Ff MYB和Ff GAL的基本生物学信息进行了分析。Ff MYB编码156个氨基酸,预测大小为16.97 k D,Ff GAL编码345个氨基酸,预测大小为43.57 k D;蛋白质二级预测结果表明,Ff MYB包含2个C2H2型锌指结构,Ff GAL蛋白包含1个Zn(II)2Cys6型锌指结构,以上两个蛋白均为典型的锌指蛋白;核定位信号预测结果表明,以上两个蛋白均包含核定位信号,符合转录因子的一般特征。通过构建原核表达载体,对Ff MYBL基因和Ff GA基因进行了原核表达和纯化,得到了纯度较高的Ff MYB和Ff GAL重组蛋白;SDS-PAGE和Western Blotting检测结果表明,获得的重组蛋白大小符合预期。本文的研究结果将为进一步明确金针菇子实体形成机制,解析金针菇子实体形成中的转录调控网络提供理论依据和数据支持。
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