我国Epichloё yangzii内生真菌中NRPS基因的探索和波胺合成基因perA的克隆

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Epichloae内生真菌包括有性型的Epichloe属和无性型的Neotyphodium属真菌,能与禾本科植物互利共生。本研究以产子座鹅观草中的内生真菌Epichloe yangzii为实验材料,利用自行设计以及前人的PCR引物研究了我国E. yangzii中NRPS基因分布和特征;并拓展了一些NRPS基因研究的应用方法。第一,从苏皖浙3省5市13地采集长有子座的鹅观草属植物200多株,经鉴定均为Roegneria kamoji (Ohwi) Keng and Chen.。从中分离菌株80株,各菌株的菌落类型相似,选其中20株研究了形态学特征。菌落正面白色,棉质,质地紧密或疏松,中央隆起,背面棕色至褐色,向周围渐浅,在PDA培养基上生长速度为35.5-67.5mm/21d (25℃);分生孢子无色透明,单个顶生,卵圆形或肾形,长3.6±0.6~5.8±1.2μm,宽2.2±0.1~3.5±0.8μm;分生孢子梗单生,瓶梗状,垂直于菌丝,通常基部或近基部有隔膜,长为14.3±2.3~22.7±2.4μm,基部宽为1.4±0.4~3.2±1.1μm。这些特征与E. yangzii相符。第二,作为提取真菌基因组DNA的方法,本研究对QS (quick and safe)法进行了改良,以玻璃棒手动搅拌和研磨代替电动研磨,同时添加少许玻璃珠,便于棉质菌丝的研磨,将菌丝体于65℃下温浴10 min。以生长在平板上的菌丝体为起始材料,整个提取过程约40分钟,仪器要求简单、操作简便,快速安全、省时省力,并命名为IQS (improved quick and safe)法。用IQS法提取DNA,以此为模板检测了内生真菌中的NRPS基因。这种快速提取法所获得的基因组DNA质量高,可用于后续研究。第三,本研究采用高效的简并引物设计方法,通过CODEHOP在线网站根据一些保守氨基酸序列设计简并引物进行PCR扩增,通过氨基酸序列比对,在禾本科植物内生真菌中发现了多种保守的蛋白,其中编码合成Ferrichrome siderophore的sidC基因是一种NRPS基因,大小为600bp。第四,采用PCR和巢式PCR法进行E. yangzii菌株的NRPS基因检测时发现我国E. yangzii菌株中广泛存在NRPS基因。其中,NRPS2、NRPS5、NRPS6、NRPS7、 NRPS8存在于所有供试菌株中;而其他NRPS基因则在供试菌株中呈现不均匀分布,sidC基因在部分E. yangzii菌株中也有分布。此外,分离自同一地区的4株E. yangzii菌株的NRPS基因分布表现出一定的差异性,同一种NRPS基因在来自不同地点的E. yangzii菌株中也呈现一定差异性。第五,本研究以生物碱波胺合成基因为对象,根据已知片段的保守区域设计引物,用Tail-PCR和普通PCR等技术扩增了3段约3kb的序列,拼接为8.5kb的perA基因。结构域分析显示该片段编码一双模块NRPS。利用3对特异性引物调查我国禾本科植物内生真菌中的perA基因的分布,进一步检测我国菌株合成波胺生物碱的能力。第六,通过对鹅观草、拂子茅、早熟禾和臭草等禾本科植物的检测发现,NRPS8基因片段只存在于含有内生真菌的禾本科植物基因组DNA中,而在不含内生真菌的其他组织材料中并未发现此片段,再次验证NRPS8基因可特异性的检测宏基因组中内生真菌的存在与否。因此,通过宏基因组检测的可证明:内生真菌具有宿主依赖性,只存在于与其共生的宿主体内。本研究调查了不同E. yangzii菌株的形态学特征;改良了真菌基因组DNA的提取方法;利用CODEHOP网站在线设计引物,从我国禾本科植物内生真菌中发现了sidC基因;并调查了不同采样区E. yangzii菌株中NRPS基因的分布;通过对基因的克隆,证明我国的E. yangzii菌株也具有波胺生物碱合成潜力;最后基于某些特殊NRPS基因验证禾本科植物内生真菌的宿主依赖特性,展示了NRPS基因研究的广阔前景。
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