木質(zhì)素是一種復(fù)雜致密、非常穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物質(zhì),也是非常難降解的天然芳香族聚合物,是地球上繼植物多糖纖維素后第二大豐富的生物可再生資源,木質(zhì)素的降解不僅關(guān)乎到造紙等行業(yè)的發(fā)展,同時也影響著可再生性能源利用的發(fā)展。白腐菌因其特有的細胞外降解酶系,是迄今為止最有效、最主要的木質(zhì)素降解微生物,可徹底降解木質(zhì)素成為CO2和水,白腐菌對木質(zhì)纖維基質(zhì)的降解在自然界的碳素循環(huán)中起著關(guān)鍵作用,可為其他微生物類群提供大量易于吸收的植物多糖類物質(zhì),同時白腐菌對木質(zhì)素的降解也是以綠色、無污染的方式進行。偏腫革裥菌(Lenzitesgibbosa)是我國東北林區(qū)常見的一種多孔菌科(Polyporaceae)白腐菌,生長在多種闊葉樹的倒木、枯立木或活立木上,引起木材海綿狀白色腐朽,也是一種生長速度較快、對木材和木質(zhì)素分解能力較強的白腐菌,為了在分子層面上深入探索L.gibbosa降解木材和木質(zhì)素的機理,本文利用HiSeq高通量測序技術(shù)對在木質(zhì)和非木質(zhì)條件下5個時間點的L.gibosa菌體樣本進行了轉(zhuǎn)錄組測序,對差異表達的基因進行了功能注釋與富集分析,對降解木質(zhì)素的關(guān)鍵酶基因和關(guān)鍵通路進行了挖掘,并利用熒光定量PCR對重要的關(guān)鍵基因進行了表達量驗證,主要研究結(jié)果如下:1、對在楊樹木屑、水稻稻草、玉米秸稈3種不同木質(zhì)纖維基質(zhì)下的L.gibbo木質(zhì)素降解酶系統(tǒng)進行了酶活檢測,結(jié)果表明3種不同木質(zhì)纖維基質(zhì)均能使L.gibbosa的漆酶(laccase)和錳過氧化物酶(MnP)活性提高,其中木屑對2種酶活的促進作用最為明顯,稻草次之、秸稈最差,這與3者成分中木質(zhì)素含量排序一致(木質(zhì)素含量楊樹木屑最高、水稻稻草次之、秸稈最低)。在30d的檢測時間內(nèi),木屑組的2種酶活始終保持增長,而秸稈組和稻草組的酶活在試驗后期出現(xiàn)波動甚至降低。以上數(shù)據(jù)揭示了L.gibbosa降解不同類型木質(zhì)基質(zhì)時酶的活性變化規(guī)律,為后續(xù)結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)聯(lián)合分析找到木質(zhì)素降解酶關(guān)鍵基因奠定了基礎(chǔ)。2、利用HiSeq高通量測序技術(shù),對L.gibbosa在木質(zhì)和非木質(zhì)條件處理下的菌絲體進行了轉(zhuǎn)錄組測序與分析,從轉(zhuǎn)錄水平分析了L.gibbosa對木材與木質(zhì)素降解的相關(guān)生物過程與代謝途徑,結(jié)果表明 L.gibbosa對木材與木質(zhì)素的分解代謝與氧化還原反應(yīng)過程密切相關(guān)、與木質(zhì)素分解等生物過程密切相關(guān),與碳代謝、芳香化合物降解等通路密切相關(guān)。本研究得到一條與木質(zhì)素降解有關(guān)的COG分類關(guān)鍵類目Q類(Secondary metabolites biosynthesis,transport and catabolism),一條木質(zhì)素降解基因本體(Gene Ontology)關(guān)鍵類目(term):G00046274(Lignin catabolic process),一條木質(zhì)素降解關(guān)鍵通路ko01220(Degradation of aromatic compounds);通過表達量差異分析、差異表達基因的功能注釋與分析,進一步得到一系列與木質(zhì)素降解有關(guān)的關(guān)鍵酶及基因:NAD-P 結(jié)合結(jié)構(gòu)域蛋白酶、NADP-dependent alcohol dehydrogenase 6(含 GroES2 域)、CYP450、Alcohol dehydrogenase(含 GroES1 域)、MnP2、MnP3、Versatile peroxidase VPL1(VP,MnP10s)、MrP1、Laccase D、Laccasel、LiP9、LiP2 等,為最終篩選L.gibbosa降解木質(zhì)素的關(guān)鍵酶基因縮小了范圍,為后續(xù)開展功能基因研究奠定了基礎(chǔ)。3、結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序與酶活檢測數(shù)據(jù),進行加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與分析,得到與漆酶和MnP相關(guān)的2個基因模塊,即turquoise模塊和blue模塊。利用統(tǒng)計學方法得到 blue模塊的82個關(guān)鍵基因(hub gene),turquoise模塊的261個hub genes,在這些hub genes中,利用COG、GO、KEGG注釋分析,進一步縮小關(guān)鍵基因范圍,結(jié)合轉(zhuǎn)錄組差異分析,確定了最終的11個關(guān)鍵基因:gene 14284、gene 11466、gene_1 1537、gene 3902、gene 5357、gene_6568、gene_713、gene_7760、gene 7855、gene 7857、gene 8611。4、對篩選到的11個L.gibbosa木質(zhì)素降解關(guān)鍵酶基因進行qPCR檢測,選擇木屑、稻草、秸稈3種底物處理,結(jié)果表明木屑組的基因表達差異最為顯著,秸稈與稻草組次之,這些基因在不同類型的纖維基質(zhì)中都差異表達,表明它們都為L.gibbosa降解木質(zhì)素的關(guān)鍵基因。5、通過RT-PCR技術(shù)克隆了 L gibbosa三條基因即mnpl0s(VP)、laccase D、cyp450,分析得到mnp10s(VP)基因CDS全長1089bp,編碼362個氨基酸,含有“l(fā)igninase”保守結(jié)構(gòu)域,屬于plant peroxidase超家族蛋白;laccase D基因CDS全長1608bp,編碼 535 個氨基酸,含有“CouRO 1 Tv-LCC like”和“CouRO 3 Tv-LCC like”兩個保守結(jié)構(gòu)域,屬于Cupredoxin超家族蛋白;cyp450-up1基因CDS全長2001bp,編碼666個氨基酸,屬于P450超家族蛋白。以上研究為完整揭示偏腫革裥菌降解木材與木質(zhì)素的機理奠定了重要的分子基礎(chǔ)。
【學位單位】：東北林業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：Q78
【部分圖文】：

分差異明顯，針葉木質(zhì)素中愈創(chuàng)木基丙烷的含量最高，而在闊葉木質(zhì)素中紫丁香基丙烷??和愈創(chuàng)木基丙烷的含量都比較大，但對羥苯基丙烷含量卻相對較小三種丙烷的結(jié)??構(gòu)式見圖１－１。??〒?ｃ?ｃ??＊?ｉ?Ｉ??Ｖ?ｃ?ｃ??｜?Ｉ?Ｉ??。?ｃ＊?ｒ??ＡＡＡ??ｉ?Ｉ?ｆ?］??〇ＣＨ３?Ｈ３ｃｏ／Ｎ＾ｉｘ〇ＣＨ＞??〇Ｈ?ＯＨ?ＯＨ??愈創(chuàng)木基內(nèi)＇烷?紮丁香綦丙烷?對好笨＊丙烷??圖１－１木質(zhì)素三種丙烷結(jié)構(gòu)式??Ｆｉｇ．?１－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｆｏｒｍｕｌａ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｈｒｅｅ?ｐｒｏｐａｎｅ?ｉｎｌｉｇｎｉｎ??１．２．２木質(zhì)素的生物降解??近年來，現(xiàn)代工業(yè)的急速發(fā)展一方面給人類帶來了許多便利，另一方面也造成了不??少讓人困擾的新問題，其中，尤以能源短缺和生態(tài)環(huán)境污染最為棘手。為了解決這兩個??制約人類社會可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵難題，許多國家在節(jié)能減排的同時不斷嘗試開發(fā)新能??－３?－??

因為每瓶菌株的起始活性并不相同，所以不能將同一時間不同基質(zhì)下的酶活數(shù)據(jù)進??行橫向比較。所以為了明確分析三種木質(zhì)纖維基質(zhì)對Ｚ．?產(chǎn)ＭｎＰ的影響程度，將??不同處理下ＭｎＰ活性較起始值變化的倍數(shù)作為標準，繪制折線圖２－５。如圖所示，隨著??培養(yǎng)時間的延長，不加任何基質(zhì)的空白對照組ＭｎＰ活性幾乎沒有變化，倍數(shù)波動范圍??為０．６８？１．３２倍；變化最顯著的是加入木肩的處理組，倍數(shù)變化范圍為卜２８．６４倍；ＤＣ??組倍數(shù)變化范圍為Ｉ？３．３５倍；ＪＧ組倍數(shù)變化范圍為Ｎ２．９９倍。??？Ｔ?Ｍ??Ｐ?５?－ｅｒ??ｉｒ！士．??２?３“．??＊?１?ｔ?…？?＊?０＾－＾ｒ－??？??－＇?ｒ—ｒ－？－￣？??ｉＫｔ?ｖｉ?？?ｎ?．■?ｒ＃?ｉ？?ｒ＊?■?打?／．■ｓｒｉ?／＞＾ｒｉ??Ｈ］＇ｉｒ，?－ｒ．?Ｔｉｍｅｄ??？?－？?■?？?—■—??圖２－５?ＭｎＰ活性變化倍數(shù)??

因為每瓶菌株的起始活性并不相同，所以不能將同一時間不同基質(zhì)下的酶活數(shù)據(jù)進??行橫向比較。所以為了明確分析三種木質(zhì)纖維基質(zhì)對Ｚ．?產(chǎn)ＭｎＰ的影響程度，將??不同處理下ＭｎＰ活性較起始值變化的倍數(shù)作為標準，繪制折線圖２－５。如圖所示，隨著??培養(yǎng)時間的延長，不加任何基質(zhì)的空白對照組ＭｎＰ活性幾乎沒有變化，倍數(shù)波動范圍??為０．６８？１．３２倍；變化最顯著的是加入木肩的處理組，倍數(shù)變化范圍為卜２８．６４倍；ＤＣ??組倍數(shù)變化范圍為Ｉ？３．３５倍；ＪＧ組倍數(shù)變化范圍為Ｎ２．９９倍。??？Ｔ?Ｍ??Ｐ?５?－ｅｒ??ｉｒ！士．??２?３“．??＊?１?ｔ?…？?＊?０＾－＾ｒ－??？??－＇?ｒ—ｒ－？－￣？??ｉＫｔ?ｖｉ?？?ｎ?．■?ｒ＃?ｉ？?ｒ＊?■?打?／．■ｓｒｉ?／＞＾ｒｉ??Ｈ］＇ｉｒ，?－ｒ．?Ｔｉｍｅｄ??？?－？?■?？?—■—??圖２－５?ＭｎＰ活性變化倍數(shù)??
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 孫世榮;郭祎;岳金權(quán);;我國制漿造紙用稻草資源概況[J];天津造紙;2015年04期

2 王威;丑天勝;劉芳;嚴俊杰;吳塔菊;李少杰;謝寶貴;;金針菇單、雙核菌絲差異表達基因分析[J];菌物學報;2015年04期

3 林行眾;張忠華;楊清;黃三文;;黃瓜共表達基因模塊的識別及其特點分析[J];農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學報;2015年09期

4 樊鵬躍;崔建國;賈賀;;固定化白腐真菌處理含酚廢水[J];環(huán)境工程學報;2014年05期

5 劉芳;王威;謝寶貴;;金針菇菌絲與原基差異表達基因分析[J];食用菌學報;2014年01期

6 李忠正;;我國造紙用農(nóng)業(yè)秸稈資源現(xiàn)狀[J];中國造紙;2014年03期

7 薛志剛;劉振山;馮云;;哺乳動物早期胚胎發(fā)育的遺傳程序[J];中國細胞生物學學報;2013年10期

8 巫琴;陳磊;王江新;張衛(wèi)文;;應(yīng)用合成生物學策略優(yōu)化光合藍細菌底盤[J];生物工程學報;2013年08期

9 席悅;;利用微陣列芯片技術(shù)探究脊髓損傷的分子機制[J];中國組織工程研究;2013年24期

10 宋長新;雷萍;王婷;;基于WGCNA算法的基因共表達網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建理論及其R軟件實現(xiàn)[J];基因組學與應(yīng)用生物學;2013年01期

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 王寧琦;短期高原抗阻練習對骨骼肌的影響及分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建[D];北京體育大學;2016年

2 陳哲;‘井崗紅糯’荔枝嫁接親和性及其機理研究[D];華南農(nóng)業(yè)大學;2016年

3 李競宇;豬受精及早期胚胎發(fā)育相關(guān)因子的篩選與功能解析[D];東北農(nóng)業(yè)大學;2016年

4 龔熹;天麻及小分子RNA對神經(jīng)干細胞增殖分化的影響[D];南昌大學;2016年

5 魯姍;骨密度相關(guān)基因共表達網(wǎng)絡(luò)的鑒定[D];湖南師范大學;2016年

6 周運;基于生物網(wǎng)絡(luò)的大鼠再生肝細胞基因表達譜數(shù)據(jù)分析[D];河南師范大學;2016年

7 張玲;枇杷花期調(diào)控的分子生物學研究[D];華南農(nóng)業(yè)大學;2016年

8 宋曉波;復(fù)幼提高核桃不定根發(fā)生能力的多基因作用機制[D];北京林業(yè)大學;2016年

9 黃榮蓮;珍珠貝貝殼蛋白組學及脅迫環(huán)境下的應(yīng)激調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[D];中國科學院研究生院(海洋研究所);2016年

10 成劍波;基于C/N調(diào)節(jié)的沼液灌溉土壤氮淋溶控制研究[D];西南大學;2016年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 董立國;人INO80染色質(zhì)重塑復(fù)合物調(diào)控基因的分析與基因間調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建[D];吉林大學;2016年

2 李丹妮;女性特異性膀胱癌相關(guān)基因及其共表達網(wǎng)絡(luò)分析[D];南方醫(yī)科大學;2016年

3 白雨薇;三陰性乳腺癌細胞樣本RNA-Seq數(shù)據(jù)分析[D];南昌大學;2015年

4 張靈玥;microRNA在肝內(nèi)膽管癌中的作用機制研究[D];上海師范大學;2015年

5 郝志強;黃瓜lincRNA的生物信息學識別功能與進化分析[D];陜西師范大學;2015年

6 王歡;基于信息整合方法系統(tǒng)分析擬南芥基因與表型的關(guān)聯(lián)[D];華東師范大學;2015年

7 黃克非;通過共表達網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA）研究前列腺癌癥中的特異表達因子[D];南昌大學;2014年

8 濮菲;海洋酸化對福建牡蠣幼體基因表達的影響[D];廈門大學;2014年

9 劉悅;胃癌基因表達譜特征分析及分子標記物的篩選[D];上海交通大學;2014年

10 謝文傳;基于系統(tǒng)生物學途徑探究擬南芥花模式建成的分子機制[D];中山大學;2013年

本文編號：2852666