虎奶菇菌核的发育机制研究

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虎奶菇(Pleurotus tuber-regium)是一种珍贵的食药用真菌,其主要活性物质是超支化β-葡聚糖(Hyperbranchedβ-glucan,HBG),在功能食品、营养健康和新型材料领域具有巨大的应用潜力。HBG主要来源于虎奶菇菌核细胞壁,但菌核生长缓慢且生长条件较为苛刻,限制了其进一步的开发和应用。本研究采用生信分析结合平板培养以及蛋白表达对虎奶菇菌核发育机制以及多糖合成进行探索,初步阐明了虎奶菇菌核发育机制并分析了HBG合成的相关基因,主要内容如下:(1)虎奶菇的比较基因组学分析:通过共线性和系统发育分析,发现虎奶菇在侧耳属真菌中与菌核形成菌亲缘关系较近,与菌核形成菌的同源基因聚类主要富集在氧化还原、跨膜转运等功能;与侧耳属进行同源基因聚类的分析发现,虎奶菇特有的基因聚类主要包括氧化还原酶活性、蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶活性、应激活化蛋白激酶信号级联、跨膜运输、细胞壁的结构成分等方面。(2)菌核分化的影响因素:建立了平板恒温培养虎奶菇菌核的快捷方法,菌核形成的最适温度为25°C,最适p H为5。不同p H培养条件下菌丝中的过氧化氢含量均显著高于菌核,但过氧化氢酶酶活则都显著低于菌核。在培养基中添加适当浓度的过氧化氢(10-2 mol·L-1)有利于菌核形成,但抗坏血酸(Vc)则会抑制菌丝细胞分化形成菌核。(3)虎奶菇菌核和菌丝体的差异分析:菌核细胞壁含量和多糖含量显著高于菌丝体,其多糖的单糖组成也更为单一(主要是葡萄糖),此外,菌核中高分子量的膜蛋白也明显高于菌丝体。菌核与菌丝的差异基因主要集中于氧化还原、膜相关以及多糖合成相关通路,与真菌细胞壁相关的通路以及抗氧化系统中的基因均表达上调。在信号转导通路中也发现,虎奶菇在侧耳属真菌中特有的蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶基因(GME10472_g)显著上调。(4)虎奶菇β-葡萄糖基转移酶的生物信息学分析:通过db CAN筛选了虎奶菇碳水化合物合成相关酶中的3个关键β-葡萄糖基转移酶,其中均存在7个跨膜结构域,且具有高度的同源相似性,均含有1个Bcs A超家族结构域。GME2697_g基因中还含有一个Cel A,GME5176_g基因的Bcs A超家族结构域中还存在一个具有推定细菌β-1,6-葡萄糖基转移酶功能的蛋白CESA-Ndv C。进化分析结果显示,这3个基因与枯草芽孢杆菌中Bcs A基因在进化关系上更近。(5)葡萄糖基转移酶GME5176_g的异源表达:对β-葡萄糖基转移酶GME5176_g进行异源表达,在大肠杆菌中实现了活性结构域的大量表达,但主要存在于包涵体沉淀中,进行溶解复性后未检测出明显活性;进而通过真核生物毕赤酵母中表达活性结构域,实现了胞外可溶性表达,初步检测到其具有消耗UDP-葡萄糖和葡萄糖/纤维二糖的基础活性。
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