红色红曲菌M7中桔霉素生物合成的调控机制解析

来源 :武汉轻工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:morgan1912
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红曲菌(Monascus spp.)能够产生丰富的有益次级代谢产物,但是部分红曲菌株能产生一种具有肾毒性的真菌毒素——桔霉素(citrinin,CIT)。因此,如何控制红曲菌及其制品中的CIT就显得尤为重要。CIT属于聚酮化合物,而pks CT是CIT聚酮合酶基因,有研究表明,pks CT基因在转录过程中可以通过选择性剪接(alternative splicing,AS)产生两种m RNA,即pks CTα、pks CTβ,但红曲菌是怎样利用两种m RNA来调控桔霉素含量,尚不可知。本研究以红色红曲菌(Monascus ruber)M7为研究对象,利用RNA干扰和过表达技术,对课题组前期已构建的单独干扰pks CTα以及同时干扰pks CTα和pks CTβ两株突变菌株进行突变子性质研究,然后构建针对CIT基因簇内转录调节基因mrl3反向双启动子结构的RNA干扰载体,以及mrl3基因的过表达载体,通过根癌农杆菌介导红曲转化法分别得到mrl3基因的干扰菌株和过表达菌株,对得到的突变菌株进行特性分析。主要研究结果如下:1、单独干扰pks CTα突变菌株(intron2-2)和同时干扰pks CTα和pks CTβ菌突变菌株(exon3-46)特性分析从M.ruber M7中分别单独干扰pks CTα和同时干扰pks CTα、pks CTβ基因,分析了干扰菌株(intron2-2、exon3-46)的菌落形态与显微观察、生物量、产孢子能力、色素以及CIT产量。结果表明,pks CT基因的干扰基本不影响红曲菌的菌落形态、生长发育、产孢子能力以及产红曲色素能力,但是其分泌CIT能力分别降低了94.4%和79.7%。通过q RT-PCR结果分析,桔霉素的合成可以通过pks CTα与pks CTβ的表达量比例来调控,进一步通过转录组学分析,结果表明丝氨酸水解酶、加氧酶、醛脱氢酶、氧化还原酶以及转运蛋白等相关基因表达量减少。结合GO和KEGG通路分析,结果表明吲哚生物碱合成(Indole alkaloid biosynthesis)、酪氨酸代谢(Tyrosine metabolism)和苯丙氨酸代谢(Phenylalanine metabolism)这三个通路可能是造成两个样品组中桔霉素合成量差异的影响因素。2、mrl3基因干扰突变菌株的构建及菌株特性分析从M.ruber M7基因组中克隆mrl3部分基因,通过酶切、连接等分子生物学方法构建出针对mrl3基因的反向双启动子RNA干扰载体p C3300-neo-Ptrp C-EGFP-RNAi–mrl3-Pgpd A,利用农杆菌介导的红曲转化法得到干扰菌株,分析了干扰菌株(RNAi-42、RNAi-7)的菌落形态、显微形态、生物量、产孢子能力、红曲色素和CIT产量。结果表明,mrl3基因的干扰基本不影响红曲菌的显微形态、生长速度以及产孢能力,但是对红曲菌的菌落形态和红曲色素产量有影响。干扰菌株RNAi-42和RNAi-7分泌CIT能力分别降低了72.9%、73.5%,且菌株中mrl3基因表达量分别降低了87.5%、88.7%。3、mrl3基因过表达突变菌株的构建及菌株特性分析从M.ruber M7基因组中克隆mrl3全长基因,通过酶切、连接等分子生物学方法方法构建出mrl3基因过表达载体p C3300-hph-Ptrp C-mrl3-Ttrp C,利用农杆菌介导的红曲转化法得到过表达菌株,分析了过表达菌株(mrl3-3)的菌落形态、显微形态、生物量、产孢子能力、红曲色素和CIT产量。结果表明,mrl3基因的过表达基本不影响红曲菌的显微形态、生长速度以及产孢能力,但是对红曲菌的菌落形态有影响。过表达菌株合成红曲色素的能力有显著变化,其中红色素产量减少了37.8%,而黄色素和橙色素产量分别提高了41.9%、68.7%,而其CIT产量在第11天、13天以及15天分别增加了35.8%、36.2%、26.8%,且mrl3基因表达量上调了68%。
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