寡孢节丛孢菌丝分化相关蛋白AoRGS1和AoStuA的功能初步研究

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寡孢节丛孢(Arthrobotrys oligospora)是研究捕食线虫真菌和线虫相互作用的模式菌株,它通过产生三维菌网捕食线虫。本研究以寡孢节丛孢为出发菌株,对参与菌丝分化的基因AoRGS1和AoStuA编码蛋白进行了序列分析。同时,通过同源重组技术敲除了AoRGS1和AoStuA基因,比较了突变菌株和野生菌株在形态发生、捕食器官形成、无性繁殖、侵染能力、碳源代谢、氮源代谢和胞外蛋白酶表达等表型和生理生化特征的差异。同时,还通过RNA-seq转录组测序技术分析⊿AoRGS1突变菌株和原始菌株在线虫提取液诱导前后的基因转录水平变化。本文的研究结果初步阐明了基因AoRGS1和AoStuA的功能,为进一步了解寡孢节丛孢产生捕食器官和致病性的分子机制奠定基础。  主要研究结果为:  1、寡孢节丛孢AoRGS1和AoStuA基因编码蛋白的氨基酸序列和聚类分析  寡孢节丛孢的基因组中有7个RGS蛋白编码基因,其中AOL_s00215g516基因同源于构巢曲霉(Aspergillus nidulans)RGS基因FlbA和稻瘟病菌(Magnaporthegrisea)RGS基因MoRGS1,故命名为AoRGS1。AoRGS1基因的阅读框共包括2559bp核苷酸,编码852个氨基酸(aa),具有1个保守的RGS功能结构域和2个DEP功能结构域。同时,寡孢节丛孢的基因组中有一个单拷贝的APESE家族基因StuA转录因子AOL_s00083g25,该基因的阅读框共包括2491 bp核苷酸,含有3个内含子,编码757个aa,具有保守的KilA-N domain,命名为AoStuA。  聚类分析表明AoRGS1和AoStuA蛋白在真菌中较为保守,它们在真菌的生长发育、无性繁殖和致病性等方面都起着重要的作用。所以可以推测AoRGS1和AoStuA可能参与寡孢节丛孢的生长发育、菌丝分化和致病性等生理过程。  2、寡孢节丛孢AoRGS1和AoStuA基因的敲除研究  采用同源重组的方法,成功获得了AoRGS1和AoStuA基因的敲除突变菌株,并对两个突变菌株和原始菌株的表型和生理生化特征进行了比较,包括生长速率、菌落形态、捕食器官形成、产孢和孢子形态、侵染线虫能力、碳源和氮源代谢及胞外蛋白酶表达等。结果发现AoRGS1突变株的生长速率比野生菌株慢,产孢数量降低,并且不能产生三维菌网,只能产生一些菌丝圈。然而非优先氮源和氨基酸能够恢复⊿AoRGS1突变菌株的产孢能力。⊿AoStuA突变株生长速率比原始菌株慢,气生菌丝严重减少,产孢也大大降低,产生畸形的孢子,完全丧失了捕食线虫的能力,碳源代谢速度减慢,胞外蛋白酶分泌减少,同时RT-PCR分析表明AoStuA基因参与寡孢节丛孢丝氨酸蛋白酶基因的表达调控。  3、寡孢节丛孢和⊿AoRGS1突变株的转录组测序分析  我们提取了寡孢节丛孢野生型菌株和⊿AoRGS1突变株在线虫提取液诱导前  (AO_1和AO16_1)和诱导后20 h(AO_2和AO16_2)菌丝的总RNA,通过highseq2000转录组测序。获得四组转录组数据,通过对转录组数据分析发现了大量的新基因,还找到了一些可能与捕器形成相关的基因,比如Gas1和MAPK等。为深入研究寡孢节丛孢产生捕食器官的信号调控途径奠定了基础。  本论文的主要创新点:  1、成功敲除了寡孢节丛孢基因组中参与菌丝分化调控的基因AoRGS1和AoStuA,对突变菌株和野生菌株的生长速率、菌落形态、产孢和孢子形态、捕食器官产生、侵染线虫能力、碳源和氮源代谢及胞外蛋白酶表达等表型和生理生化特征进行了较为系统的比较。  2、用RT-PCR技术分析了部分丝氨酸蛋白酶编码基因在寡孢节丛孢和⊿AoStuA突变菌株不同发酵时间的转录水平变化,证实了AoStuA参与寡孢节丛孢胞外蛋白酶编码基因的表达调控。  3、通过高通量的转录组测序技术,对比分析了寡孢节丛孢和⊿AoRGS1突变株在线虫提取液诱导前后的基因转录水平变化,发现了一些可能参与捕器形成调控的基因。
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