农杆菌介导海洋草酸青霉转化体系及聚酮合酶Pks生物学功能*

为研究南海柳珊瑚共附生草酸青霉SCSGAF0023的聚酮合酶(PKS)生物学功能,采用农杆菌介导法构建草酸青霉SCSGAF0023的Pks敲除株ΔPks,比较野生菌株及ΔPks的生长发育及环境适应性差异。以草酸青霉SCSGAF0023分生孢子为受体,p0380-hygB为双元载体,成功实现草酸青霉SCSGAF0023的遗传转化。结果表明:农杆菌浓度为OD₆₀₀=0.5,在200μmol/L 乙酰丁香酮(AS)诱导下与10⁷个/ml草酸青霉SCSGAF0023孢子于25℃共孵育时转化效率最高。基于上述转化体系,成功获得Pks敲除株ΔPks,并首次证实Pks正向调控草酸青霉SCSGAF0023产孢,但不影响其对环境的适应性。这为进一步系统研究真菌PKSs及聚酮化合物对真菌生长发育与环境适应性的影响提供素材。     

Cmku70基因敲除对蛹虫草生长发育的影响

ku70和ku80是非同源末端连接修复通路的关键基因,在一些丝状真菌中其基因敲除株可作为底盘菌株,提高同源重组效率和基因敲除效率。本研究从蛹虫草基因组中鉴定得到Cmku70及Cmku80基因,分别编码分子量为71.50kDa和80.96kDa的蛋白,均含有Ku core结构域,预测均定位于细胞核。系统进化分析表明Ku70和Ku80蛋白在真菌中广泛存在,且具有保守性。通过农杆菌介导的同源重组法敲除Cmku70,发现不影响蛹虫草菌丝生长、见光转色、分生孢子形成及形态等无性生长过程,但敲除后不能形成子实体,因此Cmku70敲除株不宜用作蛹虫草生长发育相关基因高效敲除的底盘菌株。     

草酸青霉可重复利用筛选标记5'氟乳清酸的构建

草酸青霉是纤维素酶高产真菌,也是科学研究的重要真菌之一.借助基因工程技术手段对工业真菌进行分子改造,可以有效提高菌株在工业生产中的经济效益,对工业菌株进行基因改造需要大量的筛选标记,目前草酸青霉中可用的筛选标记较少,因此需要构建一个草酸青霉可重复利用筛选标记转化系统.本研究构建以乳清酸核苷-5'-磷酸脱羧酶基因(pyrG)作为选择标记,以草酸青霉pyrG缺失菌株为宿主菌构建转化系统.首先,构建了含有草酸青霉pyrG表达框及其终止子TT1重复序列的可重复利用pyrG筛选标记.然后,以pyrG筛选标记作为选择标记,以草酸青霉pyrG缺失菌株Δku70ΔpyrG(pyrG∷kan)为受体菌株,敲除Δku70ΔpyrG(pyrG∷kan)菌株中的kan基因,获得菌株Δku70Δkan(kan∷R-pyrG).最后,利用筛选标记中的pyrG终止子重复序列发生自我剪切,利用氟乳清酸(5-FOA)的筛选,获得pyrG缺失,kan抗性基因缺失菌株Δku70ΔR-pyrG.本研究成功建立以pyrG为筛选标记,草酸青霉pyrG缺失菌株为受体菌的可重复利用筛选系统.     

金针菇G蛋白偶联受体基因的CRISPR/Cas9基因组编辑载体构建及转化研究

通过氨基酸同源比对（Blast P）以及金针菇冷诱导前后菌丝阶段和原基阶段的转录组数据分析,获得了金针菇中的两个假定G蛋白偶联受体基因Fvgpcr1、Fvgpcr2。对获得的金针菇假定G蛋白偶联受体基因Fvgpcr1、Fvgpcr2构建了基因组编辑（CRISPR/Cas9）的pCAMBIA0390-hph-Fvcas9-Fvgpcr1- sgRNA1/sgRNA2、pCAMBIA0390-hph-Fvcas9-Fvgpcr2-sgRNA1/sgRNA2等4个表达载体。通过农杆菌介导（ATMT）将表达载体pCAMBIA0390-hph-Fvcas9-Fvgpcr-sgRNA转化金针菇菌丝体,采用潮霉素和头孢毒素低浓度初筛和高浓度复筛,经两段筛选获得金针菇拟转化子。经对拟转化子进行PCR鉴定、RT-qPCR检测和Western杂交验证,结果显示表达载体pCAMBIA0390-hph-Fvcas9-Fvgpcr-sgRNA成功整合进金针菇基因组中,FvCas9蛋白正常表达,但未得到Fvgpcr基因敲除突变体。本研究利用农杆菌介导转化法在金针菇中构建了CRISPR/Cas9敲除体系,对后续目标基因的敲除有着重要意义。     

组蛋白甲基化与去乙酰化对蛇足石杉内生真菌盘长孢状刺盘孢合成石杉碱甲的影响

以蛇足石杉Huperzia serrata内生真菌盘长孢状刺盘孢Cg01菌株为研究对象,利用PEG介导的同源重组转化体系,对Cg01组蛋白甲基化酶基因（histone methyltransferases,HMT）CgClr4和组蛋白去乙酰化酶基因（histone deacetylase,HDAC）CgClr3、CgSir2进行基因敲除与回补,并通过实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测了回补株中对应基因表达量以及高效液相色谱HPLC检测突变体菌株中石杉碱甲huperzine A（HupA）产量。结果显示3个基因敲除突变体菌株ΔCgClr4、ΔCgClr3、ΔCgSir2的HupA产量分别为255μg/L、270μg/L、244μg/L,与野生型菌株相比分别下降了21.3%、16.6%、24.7%。在基因回补突变体菌株ΔCgClr4/CgClr4、ΔCgClr3/CgClr3、ΔCgSir2/CgSir2中,相应回补基因表达均与野生型无显著性差异,其HupA产量分别为351.9μg/L、334.7μg/L、331μg/L,回补菌株的HupA产量回复到野生型水平。结果表明这3个基因均具有调控内生真菌盘长孢状刺盘孢Cg01合成HupA的作用,为研究蛇足石杉内生真菌中石杉碱甲的合成调控机制提供了理论基础和新的思路。     

农杆菌介导的马尔尼菲青霉基因转化技术的建立及优化

目的建立农杆菌介导的马尔尼菲青霉(PM)基因转化技术,并对该技术条件进行优化。方法以二元质粒p DHt/SK为载体,通过农杆菌介导将pyr G基因插入马尔尼菲青霉尿嘧啶缺陷株SPM4(pyr G-,nia D-)中,在不含尿嘧啶的培养基中筛选阳性转化子。运用PCR验证重组子。进一步对影响转化效率的农杆菌类型、共培养浓度、转化媒介、共培养温度、共培养时间、乙酰丁香酮(AS)等六个条件进行优化。结果 PCR验证pyr G基因成功的插入SPM4中,所得到转化子可稳定传代,通过条件优化,得到转化子约300个/106个细胞。选用AGL-1,以农杆菌共培养浓度为OD600=0.8,AS浓度为200μmol/L,无膜IM固体共培养基为介质,25℃共培养48 h为最适转化条件。结论成功建立了农杆菌介导PM基因转化技术,简化并优化了转化条件,该方法可用于PM基因功能研究。     

两种不同来源的绿色木霉降解木质纤维素研究

利用纤维素酶高产菌绿色木霉Trichoderma viride降解木质纤维素是实现废料资源化的重要手段。本研究选取来自不同生境的两株T. viride,分别以玉米秸秆和甘草药渣为基质,测定两者滤纸纤维素酶（filter paper cellulase,FPase）活性和还原糖产量。从时间、温度、水分、pH 4个方面比较两株T. viride的环境适应性和不同基质的差异性。结果表明,以玉米秸秆为基质,T. viride XJ最适初始料液比为1:4-1:5.5,T. viride AG最适初始料液比为1:5-1:5.5。初始料液比1:5.5时,T. viride AG产FPase活性显著高于T. viride XJ。两株T. viride最适发酵温度均为28℃,各温度处理下不同菌株间无显著差异。两株T. viride均表现为还原糖消耗。以甘草药渣为基质,T. viride XJ最适初始料液比为1:2-1:2.5,T. viride AG最适初始料液比为1:3-1:3.5。料液比高于1:3,T. viride AG产FPase活性显著高于T. viride XJ。T. viride AG最适发酵温度为28℃,T. viride XJ最适发酵温度为23-28℃。温度低于28℃,T. viride XJ产FPase活性显著高于T. viride AG。两株T. viride均表现为还原糖积累。两株T. viride最适初始pH均为6-7,最适发酵时间均为3d。最优发酵条件下FPase活性：T. viride AG>T. viride XJ。对T. viride产FPase诱导能力：甘草药渣>玉米秸秆。变差分解表明两株T. viride产FPase活性差异主要源于菌株对生境的生态适应。比较分析菌种来源、基质类型、环境条件对T. viride发酵效果的影响,将有助于该菌大规模应用性研究。     

利用CRISPR/Cas9鉴定玉米发育相关基因ZmCen*

目的: 利用CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9) 系统构建玉米中心蛋白(Centrin)的表达载体,经转化后分析其对玉米生长发育的影响。方法: 针对ZmCen基因的第一个外显子设计sgRNA,将其连入pOMS01-Cas9-ZmCen-sgRNA表达载体,转化农杆菌GV3101后,侵染玉米自交系材料B104的愈伤组织,经继代、诱导、分化成苗,筛选出转基因后代。对T₀代和T₁代基因组DNA进行PCR验证、测序及表型分析。结果: 成功构建ZmCen的表达载体。侵染农杆菌后,PCR测序显示,T₀ 代和T₁ 代突变率分别为 20.13% 和 64.52%,其中T₁ 代的纯合缺失突变率为5%。序列分析表明,ZmCen基因的编辑靶点附近发生了碱基的替换、插入或缺失。经与野生型表型比对发现,ZmCen 突变体T₁代植株出现发育缓慢且雄花序不完全发育表型,纯合突变体植株雄花序则完全不发育。结论: 通过 CRISPR/Cas9技术成功地对玉米ZmCen基因进行了编辑,ZmCen突变体的获得为玉米雄性器官发育相关基因的研究奠定了基础。     

安徽黄山红豆杉内生真菌多样性与生态分布

为了了解红豆杉Taxus chinensis内生真菌的种类及分布特点,通过采样,分离,培养与鉴定,对安徽黄山红豆杉内生真菌的群落结构及生态分布进行了研究.结果共分离出14属107株内生真菌,其中青霉属Penicillium,曲霉属Aspergillus,交链孢属Alternaria和拟青霉属Paecilomyces为优势种群.同时内生真菌的多样性具有组织专一性,以根和皮中分布较多,分别是分离菌株总数的37.38%和26.17%.     

深圳大鹏湾六种珊瑚共附生真菌多样性研究

本研究使用6种不同培养基对深圳大鹏湾6种珊瑚上的共附生真菌进行平板涂布法分离培养,结合ITS-rDNA基因序列特征和形态学特征进行鉴定来研究深圳大鹏湾海域珊瑚共附生真菌的多样性。共分离培养出457株真菌菌株,分属于7个属,分别为红酵母属Rhodotorula（180株）、曲霉属Aspergillus（170株）、木霉属Trichoderma（50株）、青霉属Penicillium（34株）、枝孢属Cladosporium（21株）、透孢黑团壳属Massarina（1株）和弯颈霉属Tolypocladium（1株）,其中优势属为红酵母属Rhodotorula和曲霉属Aspergillus,占菌株分离总数的76.59%。单独鹿角珊瑚上分离到的共附生真菌数量和种类最多,为160株9种;在该种珊瑚上还分离出弯颈霉属Tolypocladium sp.,该属真菌此前从未在珊瑚共附生真菌的研究中分离出来。本研究还发现SDA培养基分离出的共附生真菌数量最多,CDA培养基的真菌数量最少,表明不同培养基分离的共附生真菌多样性存在差异。     

农杆菌介导的刺芹侧耳遗传转化体系的建立

以刺芹侧耳菌丝球为受体,潮霉素（Hyg）为筛选标记,应用农杆菌介导法对刺芹侧耳菌丝进行了遗传转化研究。潮霉素敏感性测试结果表明,刺芹侧耳Hyg耐受浓度为50mg/L。农杆菌介导的刺芹侧耳菌丝最佳遗传转化体系为：菌液浓度OD₆₀₀=0.6-0.7,侵染时间30-35min,共培养时间2d,侵染液和共培养培养基中乙酰丁香酮（AS）浓度为1mg/mL;经潮霉素抗性筛选、PCR鉴定和GUS活性的组织化学分析,表明外源基因GUS已转入到刺芹侧耳菌丝中,并获得表达。本实验成功地建立了稳定的农杆菌介导的刺芹侧耳遗传转化体系。     

农杆菌介导双孢蘑菇AS2796转化体系的优化

双孢蘑菇Agaricus bisporus是一种药食皆宜的食用真菌,具有极高的经济价值,近年来在双孢蘑菇全基因组测序完成后,功能基因组学的研究逐步提上日程。其中,高效的遗传转化体系作为技术基础成为研究重点。农杆菌介导的遗传转化体系作为一种高效的功能基因组研究方法,在双孢蘑菇中已经得到了广泛的应用,但是仍然存在着效率较低的问题有待解决。为了提高双孢蘑菇的农杆菌转化效率,找到双孢蘑菇遗传转化的最优条件,本实验首先对双孢蘑菇的潮霉素抗性压力进行了筛选,结果显示20mg/L的潮霉素浓度可以抑制菌丝生长,而50mg/L的潮霉素浓度则可以完全抑制菌丝生长。其次,对农杆菌菌株、菌液浓度、乙酰丁香酮浓度、菌丝培养时间以及浸染时间做了L16（4 ⁵）的正交实验,通过对各因素影响的分析,得出对转化效率影响最大的因素为菌丝培养时间和农杆菌菌株,且当菌株为LBA4404、菌液浓度OD₆₀₀=0.8、乙酰丁香酮浓度为100μmol/L、菌丝培养时间为40d、浸染时间为10min时,农杆菌介导的双孢蘑菇遗传转化效率最高。     

草酸青霉YTY及其突变体解磷能力、pH和分泌有机酸的关系

本研究利用离子束-UV复合诱变草酸青霉YTY选育高效解磷突变体,分析了出发菌株YTY及其突变体解磷过程中的解磷能力、pH和有机酸的变化及其相关性,探讨草酸青霉的解磷机理。结果表明: 离子束-UV复合诱变选育获得5株高效解磷突变株P9-8、P9-9、P15-4、P15-6和P15-7,解磷能力均较YTY提高60%以上。解磷过程中突变株解磷能力及解磷速率均高于YTY,而pH显著低于YTY,同时,突变体分泌有机酸种类及含量发生了不同程度的变化,突变体和YTY均可分泌乳酸、乙酸和草酸,P9-8还产生了柠檬酸。皮尔逊相关分析显示,YTY及5株突变株的解磷能力和pH值呈显著负相关;YTY及其突变体(P15-4除外)的解磷能力与有机酸浓度和pH呈显著相关。分泌有机酸和降低环境pH值可能是草酸青霉解磷的内在机制,离子束-UV复合诱变可引起草酸青霉YTY有机酸分泌种类和分泌量的变化,还可能诱发YTY启动其他H⁺释放途径降低pH参与解磷。本研究为高效解磷青霉的开发及青霉解磷机理阐明提供了生物材料及理论依据。     

Transformation of callus cultures of nine plant species mediated by agrobacterium

A simple method for the Agrobacterium-mediated transformation of callus cultures of nine plant species, Lycopersicum esculentum Mill, Petunia hybrida Vilm, Pimpinella anisum L., Solanum melongena L., S. tuberosum L., Nicotiana glauca Graham, N. glutinosa L., N. plumbaginifolia Viviani and N. tabacum L., is described. Plant calli were resuspended in liquid media, co-cultivated with A. tumefaciens, and plated on restrictive media. The combination of a gene for kanamycin resistance and a gene for firefly luciferase was convenient in the selection and confirmation of hundreds of transformants. Four strains of A. tumefaciens, A208, A348, A281, and PC2760, were employed. All of the callus cultures were successfully transformed with at least one strain of A. tumefaciens, and A281 was the most effective of the four strains. N. glutinosa, N. plumbaginifolia, N. tabacum, P. hybrida and L. esculentum were transformed more efficiently than the other species tested.     

~(32)P示踪法研究溶磷真菌对磷肥转化固定和有效性的影响

采用³²P示踪技术,研究了溶磷青霉菌P8对肥料磷与土壤有效磷的转化、固定和有效性的影响.结果表明,溶磷青霉菌菌剂能够增加玉米、花生的生物量,促进作物对土壤和肥料磷素的吸收;溶磷菌剂具有防止有效磷转化为难溶Ca₁₀-P的作用,增加有效态磷(Ca₂-³²P、Ca₈-³²P)的比例.随时间延长,施入的³²P转化为Ca₁₀-P的数量(或比例)逐渐增加,但是相对于未接种菌剂处理,接种青霉菌菌剂的土壤磷和肥料磷转化为Ca₁₀-P比例最低.溶磷青霉菌菌剂不仅能够防止有效磷向难溶磷Ca₁₀-P的转化,而且其效果能够维持较长时间.     

利用CRISPR/Cas9鉴定玉米发育相关基因ZmCen*

目的: 利用CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9) 系统构建玉米中心蛋白(Centrin)的表达载体,经转化后分析其对玉米生长发育的影响。方法: 针对ZmCen基因的第一个外显子设计sgRNA,将其连入pOMS01-Cas9-ZmCen-sgRNA表达载体,转化农杆菌GV3101后,侵染玉米自交系材料B104的愈伤组织,经继代、诱导、分化成苗,筛选出转基因后代。对T₀代和T₁代基因组DNA进行PCR验证、测序及表型分析。结果: 成功构建ZmCen的表达载体。侵染农杆菌后,PCR测序显示,T₀ 代和T₁ 代突变率分别为 20.13% 和 64.52%,其中T₁ 代的纯合缺失突变率为5%。序列分析表明,ZmCen基因的编辑靶点附近发生了碱基的替换、插入或缺失。经与野生型表型比对发现,ZmCen 突变体T₁代植株出现发育缓慢且雄花序不完全发育表型,纯合突变体植株雄花序则完全不发育。结论: 通过 CRISPR/Cas9技术成功地对玉米ZmCen基因进行了编辑,ZmCen突变体的获得为玉米雄性器官发育相关基因的研究奠定了基础。     

有害疣孢霉Hypomyces perniciosus遗传转化体系的建立及其突变体库的构建

有害疣孢霉Hypomyces perniciosus是引起双孢蘑菇Agaricus bisporus湿泡病的病原真菌,目前其致病分子机理尚不清楚,而高效稳定的遗传转化体系和突变体库构建是挖掘和研究病原菌致病基因的基础和有效手段。因此,本实验以高致病力的有害疣孢霉菌株WH001为研究对象,采用冻融法将双元载体pBHt1转入农杆菌AGL-1中,建立并优化根癌农杆菌介导的遗传转化体系,并利用其构建T-DNA插入突变体库。结果表明有害疣孢霉菌株WH001的潮霉素（Hygromycin,Hyg）耐受浓度为250ng/L,当农杆菌侵染液浓度OD₆₀₀=1,侵染时间为30min,乙酰丁香酮（Acetosyringone,AS）浓度为1.5mg/mL,共培养时间为3d时,转化体系效率最高。然后利用该优化体系构建有害疣孢霉的突变体库,通过PCR检测和形态学鉴定获得若干表型发生改变、稳定遗传的T-DNA插入突变体,与原菌种WH001相比,突变体在菌丝形态、生长速率、色素分泌和致病力等方面发生改变。本研究为进一步挖掘有害疣孢霉未知基因功能、解析生物学性状、探讨致病分子机制奠定基础。     

CRISPR/Cas9 gene editing and natural variation analysis demonstrate the potential for HvARE1 in improvement of nitrogen use efficiency in barley

Nitrogen is a major determinant of grain yield and quality. As excessive use of nitrogen fertilizer leads to environmental pollution and high production costs, improving nitrogen use efficiency (NUE) is fundamental for a sustainable agriculture. Here, we dissected the role of the barley abnormal cytokinin response1 repressor 1 (HvARE1) gene, a candidate for involvement in NUE previously identified in a genome-wide association study, through natural variation analysis and clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR-associated protein 9 (Cas9)-mediated gene editing. HvARE1 was predominantly expressed in leaves and shoots, with very low expression in roots under low nitrogen conditions. Agrobacterium-mediated genetic transformation of immature embryos (cv. Golden Promise) with single guide RNAs targeting HvARE1 generated 22 T₀ plants, from which four T₁ lines harbored missense and/or frameshift mutations based on genotyping. Mutant are1 lines exhibited an increase in plant height, tiller number, grain protein content, and yield. Moreover, we observed a 1.5- to 2.8-fold increase in total chlorophyll content in the flag leaf at the grain filling stage. Delayed senescence by 10–14 d was also observed in mutant lines. Barley are1 mutants had high nitrogen content in shoots under low nitrogen conditions. These findings demonstrate the potential of ARE1 in NUE improvement in barley.