参与捕食线虫真菌寡孢节丛孢捕食器官形成的长非编码RNA初探

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真菌通过形态学的改变从腐生生活转向寄生生活是其实现侵染的关键,因此,理解其转换的分子机制是阐明真菌致病机理的重点所在,是生命科学领域有待加强的重要科学问题。在众多兼具腐生和寄生方式的真菌中,捕食线虫真菌是一种特殊的类群。该类真菌在通常情况下营腐生生活,当感知到周围有线虫存在时,便会通过形成特化的菌丝结构即捕食器官(如三维菌网、粘球、非收缩环、收缩环等)来捕捉线虫。因此,捕食器官的形成是捕食线虫真菌从腐生生活转向寄生生活的重要标志,是研究真菌从腐生向寄生生活转换不可多得的好材料。前期的研究提示在捕食线虫真菌寡孢节丛孢中可能存在某些长非编码RNA (lncRNAs)参与调控捕食器官的形成。因此,利用RNA-seq技术发现参与捕食线虫真菌捕食器官形成的lncRNAs,研究其功能及调控机制,不仅是对真菌lncRNAs研究的重要补充,还能从新的角度为揭示寡孢节丛孢通过产生捕食器官来实现生活史转换的分子机理奠定基础。此外,借鉴酵母研究中通过使细胞RNA降解机制中的关键蛋白失活后,发现了大量不稳定存在的lncRNAs的思路,本研究选取寡孢节丛孢RNA降解机制中的5个关键蛋白编码基因Rrp6(AOL_s00083g475)、Xrnl (AOL_s00007g507)、Trf4 (AOL_s00097g 578和AOL_s00078g 371)和Dcp2 (AOL_s00004g432)构建敲除载体,并利用同源重组的方法进行基因敲除。为将来进一步利用RNA-seq技术对野生型和敲除株进行转录组分析,发掘更多参与捕食器官形成的功能性lncRNAs奠定基础。主要研究结果:1.成功收集了线虫提取液诱导野生型菌株产生捕食器的5个关键时期菌丝样品,利用RNA-seq技术对10个样品(包括5个捕食器官形成的关键点,每个点设2个生物学重复)的lncRNAs进行测序及表达差异分析,通过筛除距离其他转录本500bp以内的单外显子转录本、去除转录本长度<=200bp的转录本、去除与该物种己知非1nRNA类型(rRNA、tRNA、snRNA、snoRNA、pre-miRNA、 pseudogenes等相似或相同的转录本后,一共获得3571条疑似lncRNAs,并进一步通过目前主流的编码潜能分析方法,如CPC分析、CNCI分析和pfam蛋白结构域分析等对3,751条lncRNAs的编码潜能预测,取几种软件分析结果的交集,最终得到1,951条候选的lncRNAs数据集。2.通过电转化酵母细胞,成功构建了5个与RNA降解机制相关的蛋白编码基因的敲除载体,并运用CaCl2-PEG介导的转化方法,对寡孢节丛孢原生质体进行了转化,获得了3个RRP6蛋白的阳性敲除株。对野生型和敲除株进行了生长速率、产孢、抗逆性、捕食器形成、杀线虫能力等方面的比较,结果表明,Rrp6基因敲除后,对菌株菌丝的生长形态、产孢数量和捕食器形成时间及数量等产生一定影响。本论文的创新性主要体现在:1.虽然lncRNAs研究是目前生命科学研究的前沿,但迄今为止未见关于捕食线虫真菌lncRNAs的研究。本研究首次对参与寡孢节丛孢捕食器官形成的lncRNAs展开研究,对将来从全新的角度揭示寡孢节丛孢通过产生捕食器官实现从腐生到寄生转换的分子机理奠定基础,为全面阐明捕食线虫真菌的致病机理提供新思路,也为开发高效的线虫生防制剂提供理论指导。2.本研究还基于“RNA降解途径中的关键蛋白失活后将放慢ncRNAs的降解速度”这一思路,选取了寡孢节丛孢中与RNA降解机制相关的5个功能基因作为研究对象,成功构建了5个基因的敲除载体,并成功获得3株ΔRrp6敲除株,为今后利用RNA-seq技术发现在野生型菌株中不易察觉的ncRNAs,并对在捕食器官形成过程中具有表达差异的lncRNAs进行分子生物学研究奠定了基础。
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