蛹虫草的光形态建成及蓝光受体基因Cmwc-1

蛹虫草[Cordyceps militaris(L.)Link],隶属于肉座菌目(Hypocreales),麦角菌科(Clavicipitaceae),虫草属(Cordyceps),其滋补作用和药用功效与名贵但难以人工培养的冬虫夏草相近,并日渐成为冬虫夏草的理想替代品。蛹虫草为虫草属模式种,分布广泛,在人工培养基或昆虫蛹体上能产生无性和有性阶段,其基因组已公布,成为大型真菌生物学研究的理想模型。对真菌而言,光可影响其生长发育、生理周期、形态变化及次级代谢产物产生,光照是蛹虫草子实体生长发育的必要条件,并能够调控其类胡萝卜素的产生。该研究采用5株代表性的蛹虫草菌株,包括1株退化菌株、1株白化菌株和3株在栽培中广泛运用但子实体形态各异的菌株作为对象,研究其光形态建成、克隆蓝光受体基因Cmwc-1并测定在不同光照条件下其表达量的变化。结果表明,除白化菌株外,光照刺激促进菌丝色素的形成,且蓝光的作用优于白光。光照抑制生长速度,所有的菌株在黑暗条件下生长最快,白光次之,蓝光最慢,退化菌株的生长速度在3种培养条件下均优于其他菌株。此外,光照促进分生孢子的产生。退化菌株在白光和蓝光条件下产孢量均最大。为了从分子层面阐明蛹虫草对光刺激的应答反应,该研究通过Hai-l tail PCR和基因步移的方法克隆得到了蓝光受体基因Cmwc-1。CmWC-1是1个GA-TA-Zinc finger型转录因子,含有谷氨酸富集结构域,LOV(Light,Oxygen,or Voltage),PAS(Per-Arn-t Sim)和锌指结构域,与粗糙脉孢霉的蓝光受体结构域组成基本一致。对5个研究对象的CmWC-1序列比较分析发现3个菌株在谷氨酰胺富集结构域缺失5个谷氨酰胺。基于JTT模型的贝叶斯树和最大似然法构建的WC-1系统树,其树形和ITS序列构建的系统树基本一致,且粪壳菌纲的一些主要类群以较高的支持率被划分为单系,说明WC-1可以作为系统进化分析的一个参照。Cmwc-1在黑暗条件下表达,光照刺激后表达量增加,待光照时间持续30 min,其表达量将不再上升,即光适应现象。蛹虫草光受体基因的研究将为子实体发育研究奠定基础。     

基于蛹虫草转录物组学的虫草素生物合成相关基因的表达和功能分析

蛹虫草Cordyceps militaris是我国著名的中药，而虫草素是蛹虫草重要的生物活性成分之一。通过转录物组分析野生型C.militaris、虫草素高产菌株C.militaris GYS60和低产菌株C.militaris GYS80虫草素生物合成相关基因的表达和功能变化。利用Illumina NovaSeq 6000测序获得3株菌株的转录物组数据，以鉴定差异表达基因。与C.militaris相比，在GYS60和GYS80中，分别有145和470个上调基因及96和594个下调基因；GYS60与GYS80相比，GYS60有306个上调基因和207个下调基因。这些基因经过GO和KEGG分析，与C.militaris相比，GYS60和GYS80分别有10和8个与嘌呤途径相关的基因差异表达；与GYS80相比，GYS60有12个基因差异表达。定量聚合酶链式反应验证8个关键酶的基因表达与转录物组分析一致。在GYS60中，参与虫草素生物合成的嘌呤核苷酸代谢中的氧化还原酶(CCM＿07507,cmORE)、3′,5′-环AMP磷酸二酯酶(CCM＿02777,cmAPE)、转移酶(CCM＿0472...     

蛹虫草组学研究进展

作为虫草属的模式种,蛹虫草是目前虫草类真菌中研究和应用最为广泛的物种之一。随着基因组序列的公布,蛹虫草组学水平的研究近年来取得了明显的进展。本文从基因组、线粒体基因组、甲基化组、转录组、蛋白质组、代谢网络等角度对蛹虫草组学水平的研究现状进行综述,期望对进一步推动蛹虫草的深入研究提供帮助。     

蓝光光照对蛹虫草子实体生长和主要活性成分的影响

光作为一种重要的环境因子,可影响真菌的生长发育、生理周期、形态变化及次级代谢产物的产生,对于蛹虫草而言,光照还是其子实体生长发育的必要条件。选择2株不同来源的蛹虫草菌株,研究了自然光照和蓝光光照条件下,其子实体生长、抗氧化酶活性和主要活性成分的变化。结果表明蓝光光照对于蛹虫草子实体产量没有明显的促进和抑制作用。自然光照条件下成熟子实体的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性显著高于蓝光光照,过氧化氢酶(catalase,CAT)活性没有明显差别,而过氧化物酶(peroxidase,POD)活性则表现出菌株差异。子实体主要活性成分方面,腺苷、甘露醇含量不受蓝光影响,类胡萝卜素在蓝光光照条件下含量极显著高于自然光光照,蓝光对子实体、虫草素、粗多糖含量的影响则存在菌株差异。研究为蛹虫草子实体的栽培条件优化,提高蛹虫草子实体质量提供依据。     

赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶基因对蛹虫草生长发育的影响

赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶(lysine-specifichistonedemethylase,LSD)是真核生物中关键的表观遗传调控因子,在真菌中能够执行组蛋白特定位点上赖氨酸的去甲基化,调控多个基因的表达,从而影响多种次级代谢产物的合成。本研究通过对蛹虫草LSD基因(CmLSD)编码蛋白的生物信息学分析,发现蛹虫草CmLSD蛋白具有典型JmjC功能域,可能参与组蛋白H3、H4的去甲基化修饰。进一步对蛹虫草菌株Cm01进行CmLSD基因的过表达和敲除研究,发现该基因能够影响蛹虫草的生长和分生孢子的产生,以及腺苷、虫草素的分泌。     

基于代谢组学的功能性蛹虫草成分研究

对功能性蛹虫草、野生蛹虫草、柞蚕蛹虫草及冬虫夏草的代谢组学进行非靶向成分比较分析,并对功能性蛹虫草的常见生物活性成分进行定量分析。结果表明,功能性蛹虫草共检测出代谢产物成分2 213种,占成分总量的72.67%,其特有成分497种,与冬虫夏草、柞蚕蛹虫草和野生蛹虫草相比具有显著的成分优势。除目前已经报导的部分成分外,还含有丰富的特殊性代谢产物,如灵芝酸、茯苓新酸、人参皂苷、仙茅皂苷、苦玄参苷、黄芪皂苷、金铁锁环肽、王不留行环肽、甾醇、丹酚酸等。常规成分定量分析表明功能性蛹虫草子实体中虫草素和喷司他丁含量均较高,麦角甾醇、SOD酶、维生素E含量均显著高于对照组。大量药物活性物质在蛹虫草代谢产物成分体系中得到表达,对于揭示蛹虫草保健价值的物质基础具有重要意义。     

蛹虫草线粒体DNA与细胞核DNA进化关系的比较

【目的】分析蛹虫草是否存在核内线粒体DNA片段,比较蛹虫草线粒体DNA与细胞核DNA的碱基变异程度及所反映的菌株间的系统发育关系。【方法】通过本地BLAST或LAST对蛹虫草线粒体基因组和核基因组进行序列相似性搜索;从10个已知线粒体基因组的蛹虫草菌株中分别扩增7个细胞核蛋白编码基因片段,并与其在14个线粒体蛋白编码基因上的碱基变异情况进行比较。【结果】蛹虫草核基因组中存在5处较短的核内线粒体DNA片段,总长只有278bp。蛹虫草核DNA的变异频率整体上高于线粒体DNA。核DNA和线粒体DNA所反映的蛹虫草菌株间的系统发育关系存在显著差异。【结论】蛹虫草线粒体DNA与核DNA间不存在长片段的基因交流,二者变异频率不同,所反映的蛹虫草菌株间的系统发育关系也有差异。本研究增加了对蛹虫草线粒体与细胞核DNA进化关系的认识。     

蛹虫草磷酸甲羟戊酸激酶和焦磷酸甲羟戊酸脱羧酶基因的功能分析

【目的】确定蛹虫草甲羟戊酸途径中的2个关键酶——磷酸甲羟戊酸激酶(CmErg8)和焦磷酸甲羟戊酸脱羧酶(CmErg19)的功能及其对麦角甾醇和虫草素含量的影响。【方法】通过生物信息学分析鉴定蛹虫草中CmErg8和CmErg19,并采用酵母互补确定其功能是否保守;以蛹虫草尿嘧啶营养缺陷型CmΔpyrG为背景菌株,利用农杆菌介导的转化方法对CmErg8和CmErg19进行过表达,观察其对麦角甾醇和虫草素含量的影响。【结果】CmErg8和CmErg19不能互补酵母erg8和erg19突变体的温度敏感表型;CmErg8和CmErg19过表达菌株中麦角甾醇和虫草素含量均有所增加,特别是CmErg19基因过表达可以使虫草素含量提升5倍左右。【结论】本研究揭示了蛹虫草CmErg8和CmErg19的功能,并且发现蛹虫草麦角甾醇合成通路基因可能会影响虫草素含量。     

虫草及其无性型中的抗肿瘤细胞活性成分

较系统地总结了目前在虫草及其无性型中发现的抗肿瘤细胞活性成分.其中冬虫夏草、蛹虫草、大团囊虫草、单侧虫草、戴氏虫草和拟蛹虫草等虫草以及它们的无性型蛹拟青霉、细脚拟青霉、金龟子绿僵菌和球孢白僵菌等虫生真菌代谢物中抗肿瘤细胞活性成分,其结构包括多糖类、甾醇类、含氮化合物和杂环化合物等多个类型.     

柞蚕蛹虫草继代培育其活性物质变化规律

柞蚕蛹虫草中含有虫草素、腺苷、多糖等多种活性成分,具有提高免疫力、抗疲劳、保护心脑血管、抗癌等方面的作用,是冬虫夏草的良好替代品。以柞蚕蛹虫草的继代培育为基础,分别检测蛹虫草菌在不同传代次数时柞蚕蛹虫草子实体生长状态、蛹虫草中腺苷、虫草素、虫草多糖含量及蛹虫草菌菌丝、分生孢子中活性氧的分布。第1代蛹虫草菌接种后柞蚕蛹出现腐烂现象;第2、3代培育的子实体生长量、腺苷及虫草素含量均较高;第4代子实体生长量、腺苷及虫草素含量均出现大幅下降的现象。柞蚕蛹虫草中虫草多糖含量在传代过程中也逐渐降低,但降低幅度较腺苷和虫草素缓慢。第2代培育的柞蚕蛹虫草子实体生长状态优于第3代,故第2代蛹虫草菌更适合应用于批量生产。蛹虫草菌退化后含有活性氧的分生孢子比例增大,这可能是发生退化的表象之一。     

蓝光和蛋白酶体抑制剂MG132对蛹虫草形态的影响

蓝光是影响生物生长发育过程的重要因素,同时生物个体的生长发育过程中不断有蛋白质的泛素化降解。采用蓝光和蛋白酶体抑制剂MG132处理蛹虫草菌,观察蛹虫草菌落、菌丝体和子实体形态的变化。研究结果表明,黑暗条件下正常生长的菌落边缘圆滑一致,菌落之间融合无边界;MG132处理后,菌落之间出现明显的界限,边缘菌丝稀疏。蓝光条件下无MG132处理时,菌落较为单薄,转色明显;MG132处理时,菌落中间橙色,边缘颜色变淡。扫描电镜观察,黑暗条件下无MG132处理的菌丝自然弯曲,菌丝表面较为光滑,菌丝粗细差别不大且分枝较少,分生孢子表面较光滑。黑暗条件下MG132处理菌丝体,菌丝较直且分枝较多,菌丝容易断裂,分生孢子表面仍较光滑。蓝光条件下菌丝体弯曲减少,菌丝表面较为粗糙,单条菌丝常出现部分区段膨大呈不规则状,菌丝粗细差异较大,菌丝断裂较多;分生孢子呈扁平的椭圆状,表面有纹理,且粗糙。蓝光条件下MG132处理的菌丝体,菌丝较直,表面粗糙,菌丝整体变得更细,菌丝断裂较多;分生孢子呈不规则形状,表面纹理更深,粗糙有褶皱。此外,MG132可导致蛹虫草子实体畸形生长。结果表明,蓝光和MG132均可以影响蛹虫草的形态变化。