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cAMP/PKA信号转导途径的主要组分有腺苷酸环化酶(adenylate cyclase,AC)和蛋白激酶 A(cAMP-depend protein kinase,PKA),研究表明 cAMP/PKA信号转导途径对真菌菌丝生长和子实体的形成有重要的调控作用。本文以金针菇基因组和转录组数据为基础,应用生物信息学方法构建对金针菇cAMP依赖的蛋白激酶信号转导途径(cAMP/PKA)。为了探索cAMP/PKA信号转导途径与金针菇菌丝生长和子实体形成的关系,我们采用RNA干扰和过表达技术对此信号途径中的关键酶-腺苷酸环化酶(adenylate cyclase,AC)进行了研究。主要的实验结果如下:(1)荧光定量PCR(qRT-PCR)检测结果表明腺苷酸环化酶(FVAC)和蛋白激酶A(PKA)编码基因在原基时期高表达。同源结构域分析结果显示该信号途径相关蛋白分别含有各自同源蛋白的保守结构域;系统发育树分析表明,该信号途径相关蛋白分别与其它担子菌中相应的同源蛋白聚为一类,这些结果表明金针菇cAMP/PKA信号转导途径具有保守性。(2)构建金针菇腺苷酸环化酶基因fvac干扰和过表达载体。以二元表达载体pBHg-BCA1-gpd为基础,应用重组克隆的方法进行fvac基因干扰和过表达载体的构建,且分别将干扰和过表达载体命名为pBHg-fvac-RNAi和pBHg-fvac-OE。借助农杆菌介导转化方法将fvac基因的干扰和过表达表达载体转入到金针菇单核体菌株L11中,以潮霉素抗性为筛选标记,经多次筛选后提取假定转化子基因组DNA,PCR扩增潮霉素抗性基因和目的基因(含载体部分序列),最终成功获得了两个过表达转化子菌株(命名为OE1和OE2)和四个干扰转化子菌株(命名为Ri101-1、Ri101-2、Ri918-1 以及Ri918-3)。过表达转化子 OE1 和 OE2进行基因组测序分析结果表明,过表达载体pBHg-fvac-OE已经成功地被转入到金针菇单核体菌株L11中,这一结果和我们采用PCR对潮霉素抗性基因和目的基因扩增验证出来的结果一样。(3)qRT-PCR检测转化子的fvac基因表达量,与受体菌株L11相比,过表达转化子(OE1和OE2)菌株均为高表达、干扰转化子(Ri)为低表达,与预期的结果一致。应用高效液相色谱法(HPLC)检测过表达和干扰转化子细胞内cAMP含量,两个过表达转化子菌株cAMP含量均比受体菌株L11的高,四个干扰转化子菌株cAMP含量则比L11的低,差异达到显著水平。蛋白激酶A是腺苷酸环化酶和cAMP的下游靶标蛋白,由蛋白激酶A催化亚基(fvpkac1和fvpkac2基因编码)和蛋白激酶A调节亚基(fvpkar基因)组成,qRT-PCR检测结果还表明,这三个蛋白编码基因与fvac基因具有共表达作用,即在过表达转化子菌株中高表达、干扰转化子菌株中低表达。(4)对转化子菌株进行菌落形态观察结果显示,当fvac基因受到干扰时,金针菇气生菌丝稀疏,生长速度明显比野生型菌株L11慢,且在接种块周边分泌出绿色物质;过表达fvac基因后,金针菇气生菌丝浓密,边缘整齐,生长速度较野生型菌株L11的快,且具有显著性差异。腺苷酸环化酶和蛋白激酶A抑制剂处理菌丝实验结果显示,金针菇菌丝的生长受到抑制剂,且抑制剂对过表达转化子菌株的抑制作用比其对野生型菌株L11的抑制效果更为显著。外源添加cAMP和蛋白激酶A激活剂(8-Br-cAMP)实验结果显示,4个干扰转化子菌株的生长接近恢复到野生型L11;其中Ri101-1和Ri101-2两个转化子菌株在含2μM的8-Br-cAMP PDA平板中的菌丝生长速度比L11快,并且气生菌丝比野生型菌株L11的浓密。这一研究结果揭示fvac基因的表达水平与菌落特性(菌丝生长速度、菌丝浓密度、菌落边缘的整齐度)有密切相关。据报道,疏水蛋白与气生菌丝和子实体的形成有关,我们采用荧光定量PCR对六个转化子菌株的疏水蛋白编码基因的表达量进行了检测,结果显示检测的6个疏水蛋白编码基因在2个过表达转化子菌株中均呈上调表达,而在4个干扰转化子菌株中都下调表达,这一检测结果与转化子菌株的气生菌丝生长情况非常类似,据此我们推测fvac基因对疏水蛋白编码基因的表达具有正调控作用。(5)通过H2O2和42℃高温处理实验,我们发现4个干扰转化子菌株和野生菌株L11的生长明显受到抑制,而2个过表达转化子菌株经H2O2和42℃高温处理后仍能生长;抗胁迫相关基因(fvhsp26和fvsod2)表达量检测结果显示,这两个基因在OE1和OE2过表达转化子菌株中呈不同程度的上调表达,而在干扰转化子菌株中都下调表达;这些结果表明fvac基因对金针菇抗高温和H2O2胁迫具有正调控作用。(6)转化子菌株与单核体菌株L22配对后出菇实验结果显示,OE1和OE2两个过表达转化子菌株与L22配对后菌株能正常出菇,与对照相比具有出菇快;四个干扰(Ri)转化子菌株与L22配对后菌株虽能形成原基,但是出菇时间比对照组L11×L22迟,并且出菇量明显比对照组少,只在栽培料表层稀疏的长了少量子实体。这一结果表明,金针菇cAMP/PKA信号转导途径参与子实体的形成与发育。根据以上的实验结果,我们推测金针菇腺苷酸环化酶基因fvac对金针菇菌丝生长、气生菌丝和子实体的形成具有重要的调控作用;金针菇腺苷酸环化酶通过催化第二信使cAMP的合成,调节蛋白激酶A的活性,进而调控金针菇菌丝生长。另外,金针菇fvac基因对色素的形成具有正调控作用。