金針菇是低溫結實型菌類,原基形成需要低溫誘導,子實體發(fā)育也需要較低的溫度,因此在工廠化生產(chǎn)過程中能源消耗大,生產(chǎn)成本高。本研究利用轉錄組測序對金針菇菌絲體和原基進行RNA-Seq分析,篩選得到7 935個差異表達基因,在原基形成后,有4 025個基因上調表達以及3 910個基因下調表達。通過GO注釋和KEGG通路注釋等生物信息學手段對代謝途徑進行分析,可推測冷誘導形成原基的代謝調控為:當金針菇菌絲細胞接受到冷信號后,糖分轉運相關的基因表達量下降,導致碳源攝取效率下降,因而糖酵解途徑大部分相關基因表達量下調,進而導致三羧酸循環(huán)的底物乙酰輔酶A（乙酰Co A）合成量減少,整個細胞能量產(chǎn)出下降。此負反饋信號使細胞內(nèi)儲存的脂質進行氧化代謝的基因表達上調,產(chǎn)出乙酰Co A以供三羧酸循環(huán)產(chǎn)能。此負反饋導致不飽和脂肪酸的合成基因表達上調,以調節(jié)細胞流動性;同時磷脂和鞘脂代謝通路的相關基因表達大多上調,合成增多,細胞膜的組分因此改變,因此細胞進行重構進入另一種狀態(tài)。與DNA復制、RNA轉錄和蛋白質合成的相關基因表達均大部分上調,表明了原基形成時細胞正處于增殖旺盛時期。本研究結果從分子水平上揭示了金針菇... 

【文章來源】：菌物學報. 2020,39(06)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

金針菇材料

在糖類物質攝取方面，注釋與糖類物質轉運相關的轉錄本中有30個出現(xiàn)了基因的表達差異，80%的基因處于下調，說明此時原基狀態(tài)的金針菇攝取糖分的能力變差。因此也影響糖的初步利用，導致糖酵解途徑前半段的異構酶、磷酸化酶基因表達量下調。值得注意的是，糖酵解途徑中的果糖-二磷酸醛縮酶（EC:4.1.2.13）基因表達量上調，其酶促產(chǎn)物甘油醛-3-磷酸和二羥丙酮磷酸是丙酮酸的前體物質。與此同時，丙酮酸脫羧酶（EC:4.1.1.1）基因表達下調以及利用乙酰CoA的檸檬酸合酶（EC:2.3.3.1）基因大幅度上調，說明丙酮酸的轉化趨于三羧酸循環(huán)產(chǎn)能的方向�？赏茰y由于糖分的攝取降低，碳水化合物代謝的能力下降，細胞正常生長需要的能量則需要額外的補充，只能通過加大三羧酸循環(huán)增加產(chǎn)能，而這額外的前體物質乙酰CoA則需要從其他途徑中補充。在三羧酸循環(huán)中，有3個基因的表達量發(fā)生了變化，但幅度不大，而且都涉及輔酶NADH或FADH2主要產(chǎn)能物質的反應。金針菇細胞的增殖與細胞壁和細胞質的合成息息相關，其中糖酵解主導細胞壁的生成。食用菌細胞壁主要含有幾丁質和β-葡聚糖，其他為半纖維素和甘露聚糖等。葡聚糖在食用菌中對維持細胞穩(wěn)定（如抗逆性）起著關鍵作用（Manzi&Pizzoferrato 2000）。我們的研究發(fā)現(xiàn)與幾丁質合成酶（EC:2.4.1.16）和幾丁質脫乙酰酶（EC:3.5.1.41）注釋的基因多數(shù)呈現(xiàn)差異的均為下調，可推測其產(chǎn)物殼聚糖產(chǎn)量下降。在另一方面，雖然與β-葡聚糖合成相關的酶并無明顯差異，但是生成其重要的前體物UDP-葡萄糖的UTP-1-磷酸葡萄糖尿酰轉移酶（EC:2.7.7.9）基因上調，導致UDP-葡萄糖生成增多，也因此可能導致β-葡聚糖的產(chǎn)量增加。Jayakumar et al.(2011）認為真菌細胞壁的組成是可變的，取決于細胞的年齡和環(huán)境因素。綜上所述，表明金針菇此時的細胞壁組成成分發(fā)生了改變，殼聚糖的比例下降，葡聚糖的比例上升，是形成原基的一個重要原因。

脂質不僅在糖酵解不足的情況下作為后備物質功能，而且參與了細胞膜的形成（Athenaki et al.2018）。細胞膜的主要成分是磷脂和鞘脂以及真菌中特有的麥角甾醇。在分析甘油磷脂通路的時候，發(fā)現(xiàn)與烷�；鵆oA相關的酶，如磷酸甘油酯O-�；D移酶（EC:2.3.1.42）、3-磷酸甘油-O-�；D移酶（EC:2.3.1.15）和溶血磷脂酸�；D移酶（EC:2.3.1.51）都有小幅度的上調，為磷脂的合成提供了充足的底物。通過對整個甘油磷脂通路基因上下調分析，可得知雙磷脂酰甘油、磷脂酰絲氨酸和磷脂酰乙醇胺的生成會增加，但沒有明顯通路表明其他類型的磷脂會減少。值得注意的是，在甘油脂代謝途徑中發(fā)現(xiàn)，三酰甘油作為能量儲備的重要物質之一，其對應的合成酶二酰甘油�；D移酶（EC:2.3.1.158）的轉錄本基因有4倍的下調，說明此時原基狀態(tài)的金針菇正處于放能狀態(tài)，也是由于碳源供應不足導致減緩儲能，同時有更多的二酰甘油作用于磷脂的生成，推高細胞膜在原基狀態(tài)時的合成速率。在分析鞘磷脂代謝途徑的時候，發(fā)現(xiàn)基因上調的轉錄本占整個途徑有差異的大部分，而且上調基因中的鞘磷脂磷酸二酯酶（EC:3.1.4.12）和鞘脂4-去飽和酶（EC:1.14.19.17）的生成物是神經(jīng)酰胺。神經(jīng)酰胺在細胞增殖、程序性細胞死亡（細胞凋亡）和細胞信號轉導中起重要作用（Slotte 2013）。在對于產(chǎn)生甾醇的合成途徑分析時，發(fā)現(xiàn)角鯊烯合成酶（EC:2.5.1.21）相關的轉錄本有2倍的上調，其產(chǎn)物角鯊烯是一種鏈狀三萜化合物，開環(huán)的膽固醇具有良好抗氧化活性（趙振東和孫震2004），推測寒冷的狀態(tài)下會刺激細胞中的抗氧化物質生成以更好地保護細胞。

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]35種食用菌菌絲生長和子實體分化溫度的聚類分析[J]. 龐杰,孫國琴,于靜,孟虎,王海燕,劉燕,楊志剛.  中國食用菌. 2015(06)
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[6]生物活性物質角鯊烯的資源及其應用研究進展[J]. 趙振東,孫震.  林產(chǎn)化學與工業(yè). 2004(03)

碩士論文
[1]低溫脅迫下金針菇差異蛋白組學研究[D]. 元玲剛.山西農(nóng)業(yè)大學 2016
[2]金針菇生活史各階段核相研究[D]. 許昭儀.湖南師范大學 2014



本文編號：3578773