灵芝线粒体及其对菌丝生长、主要活性成分影响的分析

线粒体是为细胞提供能量（ATP）的细胞器,携带着自己的DNA——mtDNA,已有多种灵芝属菌株的线粒体基因组相继报道,但对于种内的线粒体基因组的分析较少,对核相同、线粒体不同的菌株间差异的研究也鲜有报道。本研究对两株灵芝线粒体基因组进行组装注释,根据差异片段构建分子标记进行种间分类。结果显示：两株灵芝线粒体基因组大小分别为49 233bp、61 563bp的闭环结构,含有15个常见蛋白编码基因,rRNA大小亚基基因及26个携带氨基酸的tRNA基因,其差异区段主要为内含子序列、大亚基及基因间区。根据cob、cox2基因序列能够进行灵芝种间区分,用于灵芝种间鉴定。本研究还根据灵芝119、灵芝无孢的单核菌株构建同核异质体（TY-119、TY-W）,分析线粒体对菌落形态、菌丝生长速度及多糖、三萜成分的影响,结果显示：同核异质体TY-W与TY-119菌落形态上有一定差异,同核异质体TY-W菌丝生长速度为4.77mm/d,是TY-119菌丝生长速度4.50mm/d的1.06倍,同核异质体TY-119菌丝、子实体阶段多糖含量分别为4.45mg/g、12.14mg/g是TY-W菌丝体多糖含量（3.23mg/g）的1.38倍、子实体多糖含量（10.24mg/g）的1.19倍;同核异质体TY-W菌丝、子实体阶段的三萜含量分别为6.82mg/g、11.45mg/g是同核异质体TY-119菌丝体三萜含量（9.26mg/g）的0.74倍,子实体三萜含量（9.10mg/g）的1.26倍。利用高效液相色谱分析同核异质体中灵芝酸含量显示同核异质体TY-W灵芝酸A、灵芝酸E、灵芝酸F含量分别为3.77μg/mL、14.29μg/mL、12.91μg/mL;是TY-119灵芝酸A含量（2.59μg/mL）的1.46倍、灵芝酸E含量（13.65μg/mL）的1.17倍、灵芝酸F含量（12.72μg/mL）的1.06倍。对同核异质体菌丝、子实体阶段多糖、三萜合成通路关键基因（pgm、ugp、gls、hmgs、hmgr、mvd、fps、sqs）表达量进行检测,显示两菌株间多数基因具有显著性差异。结果表明线粒体的不同会影响灵芝菌落形态、菌丝生长速度及多糖、三萜的含量,有助于我们进一步研究线粒体基因组。     

肺形侧耳线粒体基因组多态性鉴定

线粒体是能量转化与ATP形成的重要场所,已有多种食用真菌的线粒体基因组被相继组装注释,但肺形侧耳的线粒体基因组鲜有报道。本研究对野生肺形侧耳X2菌株的线粒体基因组进行组装并注释,由野生菌株X2与主栽菌株JX线粒体大片段差异序列,构建分子标记来鉴别野生和主栽肺形侧耳菌株。结果显示X2的线粒体基因组为大小75 709bp的闭合环状结构,含有rRNA的大小亚基基因,25个负责携带氨基酸的tRNA基因以及14个常见蛋白编码基因,在cox1基因上含有9个内含子。内含子主要为IB型,包含LAGLIDADG_1 superfamily、GIY-YIG_Cterm superfamily保守结构域。位于菌株X2与JX内含子和基因间区上的大片段差异序列,是造成种内线粒体多态性的主要因素。根据两菌株的差异片段构建系统进化树的结果显示,内含子、rnl-trnX、trnD-atp6序列能够将两株野生菌株和其他主栽菌株区分开,可用于野生肺形侧耳种内鉴定,而且trnD-atp6效果最佳。     

低温胁迫诱导肺形侧耳合成麦角甾醇的通路分析

本文以肺形侧耳栽培菌株X57为研究对象,对其低温胁迫时期进行转录组分析,发现差异基因显著地富集到麦角甾醇合成通路。根据麦角甾醇合成通路的相关信息,在肺形侧耳中筛选出该通路的17个基因,并推测了肺形侧耳的麦角甾醇合成通路。利用荧光定量研究了X57栽培袋在低温处理下该通路上各个基因的表达,结果显示随着低温胁迫时间的增加,该通路上大部分基因的表达量持续上升,且差异显著。检测栽培袋中菌丝麦角甾醇含量发现,低温胁迫显著提高麦角甾醇的含量,与RNA‐Seq分析结果一致。此外,以无需打冷也能整齐出菇的野生菌株X1为对照,比较X57与X1的麦角甾醇基因对冷胁迫的响应情况,探究麦角甾醇合成通路是否在肺形侧耳低温诱导形成原基时期具有关键性作用。将X57与X1菌株置于PDA平板上培养并进行低温胁迫,利用荧光定量PCR对各个基因表达进行验证,结果显示两个菌株的麦角甾醇合成通路相关基因均对低温胁迫有响应,X57低温胁迫时通路中绝大多数基因的表达量上升,且大部分基因表达量提高2倍以上;X1菌株的通路中的表达量变化较小。由此推测麦角甾醇通路在肺形侧耳变温结实中低温刺激形成原基有一定作用,为深入研究肺形侧耳低温胁迫调控分子机理提供了重要的基础。     

糙皮侧耳乙醛脱氢酶基因PoALDH1的克隆与非生物胁迫下的表达分析

本研究从糙皮侧耳中克隆了乙醛脱氢酶基因PoALDH1(Gen Bank登录号为KT026035)和其全长c DNA序列。长为2 016bp的PoALDH1序列编码478个氨基酸,分子量约为52k Da,氨基酸序列中含有乙醛脱氢酶保守的谷氨酸活性位点和半胱氨酸残基活性位点。PoALDH1基因在大肠杆菌中表达后显示,重组菌株的乙醛脱氢酶比活力为0.58U/mg,且重组菌株的乙醛耐受性显著高于对照菌株。实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR)分析PoALDH1基因在糙皮侧耳不同发育时期的表达结果显示,PoALDH1基因在原基期的表达量约为双核菌丝期的5倍。PoALDH1基因在原基发育起始阶段经光照及温差刺激后均上调表达。当糙皮侧耳菌丝暴露在不同浓度的氯化钠及甘露醇的条件下时,菌丝生长均受到抑制且PoALDH1基因的表达量均高于对照。研究结果将为进一步从分子水平揭示糙皮侧耳的抗逆机制以及食用菌的发育奠定一定基础。     

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。     

香菇HMG-box转录因子lelcrp1基因的功能

【目的】研究香菇(Lentinula edodes) HMG-box转录因子LELCRP1 (Lentinula edodes lignocellulase genes regulation protein 1)在木质纤维素降解相关酶基因表达中的功能与作用。【方法】通过double-joint及同源重组方法构建lelcrp1基因RNAi载体,采用根癌农杆菌介导转化的方法转入香菇异核菌株W1菌丝中,筛选得到RNAi转化子,通过Southern杂交检测插入片段在菌株W1基因组中的拷贝数量。采用荧光定量PCR检测RNAi转化子木质纤维素降解酶基因表达水平变化,并在含有3.5μg/mL潮霉素的MYG平板上测定RNAi转化子的菌丝生长速度。【结果】获得了4个lelcrp1基因表达水平与出发菌株W1相比显著下调6–7倍的RNAi转化子。Southern杂交结果显示,lelcrp1基因RNAi片段已成功整合至香菇菌株W1基因组内,并以单拷贝形式存在。对其中2个RNAi转化子的26个木质纤维素降解酶基因表达水平进行分析,发现其中9个纤维素酶基因、1个半纤维素酶基因、2个辅助酶AA9基因和1个锰过氧化物酶基因的表达水平均表现出明显的下调。平板生长试验表明,RNAi转化子菌丝生长速度均显著慢于出发菌株W1。【结论】通过RNAi技术成功抑制了香菇异核菌株中lelcrp1基因表达水平,并导致部分纤维素及木质素酶基因表达水平相应下调,首次发现HMG-box结构域的转录因子能调控木质纤维素降解相关酶基因表达。     

不同栽培基质对肺形侧耳营养成分及呈味物质的影响

以3种林木枝条废弃物（金银花、松木、杨木）作为栽培基质,对4株综合性状较优异的肺形侧耳菌株进行栽培,测定不同栽培基质的肺形侧耳子实体中粗蛋白、水解氨基酸、游离氨基酸、总糖及5′-核苷酸组成与含量,研究不同菌株、不同栽培基质下肺形侧耳子实体营养成分及呈味物质的含量,以柞木+棉籽壳传统栽培基质作为对照。结果表明不同菌株之间、不同栽培基质之间肺形侧耳子实体的营养成分及呈味物质都具显著差异,其中以金银花作为栽培基质时,菌株P2、P3、P45子实体粗蛋白和水解氨基酸含量在4种基质中最高;以松木作为栽培基质时其游离氨基酸总量在4种基质中普遍最高;所有样品中的等鲜浓度值（EUC）范围为67.91-146.13g MSG/100g,其中以金银花为基质的菌株P3子实体EUC值最高,而以柞木+棉籽壳为基质的菌株P7子实体EUC值最低。本研究可为基于各地农林废弃物开展肺形侧耳的栽培生产提供一定的理论指导。     

基因组数据揭示肺形侧耳X1野生菌株后代单孢的特异交配型位点

肺形侧耳味道鲜美,营养丰富,深受广大消费者喜爱。它属于四极性异宗结合担子菌,但其交配型位点结构仍未被解析。本研究利用二代测序技术对肺形侧耳的基因组进行测序,通过生物信息学方法找到了肺形侧耳野生菌株X1菌株后代单核菌株的交配型位点。结果显示肺形侧耳的A交配型位点较为特异,2株原生质体单核化菌株（X1-1和X1-15）的A交配型位点结构差异较大,X1-1含一对保守的HD1和HD2基因,而X1-15除了一对HD1和HD2基因外,还含有额外的2个HD2基因和1个HD1基因。肺形侧耳的B交配型位点与其他担子菌的交配型位点相似,含有8个信息素受体基因和1个信息素前体基因。本研究揭示的肺形侧耳特异的交配型位点结构为后期的遗传育种提供了理论依据。     

糙皮侧耳原基期差异表达基因分析

为解析糙皮侧耳原基期与菌丝期差异表达的基因,本研究以原基期cDNA为检测子（tester）、双核菌丝期cDNA为驱赶子（driver）,采用抑制性消减杂交法（suppression subtractive hybridization,SSH）构建了糙皮侧耳SSH cDNA文库。菌液PCR验证SSH cDNA文库插入cDNA片段后,挑取了2 055个差异转化子,差异转化子经3次反向Northern杂交筛选,得423个信号差异显著的克隆;阳性克隆测序后,经NCBI数据库Blastn和Blastx比对,共得206条差异表达序列（expressed sequence tag,EST）,重复序列去除后,有46个基因参与了细胞急救和防御、能量代谢、转录和蛋白调控、膜蛋白和信号转导,18个基因编码未知功能的推定蛋白,5个无任何同源性的新基因。挑取10个差异表达基因进行半定量RT-PCR,发现这些序列在原基期的表达水平显著高于菌丝期。结果表明,本研究成功构建了糙皮侧耳原基期与菌丝期SSH cDNA文库,为进一步分离糙皮侧耳生长发育相关基因并研究糙皮侧耳的发育机制奠定了基础。     

肺形侧耳低温胁迫时期的转录组分析

本文以肺形侧耳栽培菌株X57为研究对象,利用高通量RNA测序技术对4℃低温处理0h、6h和12h后的肺形侧耳进行基因表达分析来探讨肺形侧耳低温应答机制。分析结果筛选出低温处理6h差异表达基因742个,其中上调表达基因374个,下调表达基因368个;低温处理12h差异表达基因1 489个,其中上调表达基因占53%,下调表达基因占47%。Gene Ontology（GO）功能聚类分析表明,差异表达基因主要富集在结合、催化分子功能组和代谢过程、细胞过程生物学过程中。KEGG功能富集分析结果显示,差异基因主要富集在氨基酸、核糖体和类固醇生物合成,及氮类物质代谢的通路上,富集到与低温胁迫相关通路MAPK signaling pathway-yeast上的基因表达随低温处理时间的增加呈上调趋势。已报道HOG-MAPK通路是MAPK途径研究较为明确、信号传递单一的真菌低温胁迫中重要的通路,本文运用生物信息学软件构建肺形侧耳的HOG-MAPK通路,并利用荧光定量PCR对相关基因表达进行验证,结果显示以低温处理0h为参照,随着低温胁迫时间增加通路上大部分基因的表达量持续上升,且差异显著,与RNA‐Seq分析结果一致。本文通过全面分析肺形侧耳低温胁迫时期基因表达情况,为进一步研究肺形侧耳低温胁迫相关重要基因的功能鉴定与信号通路调控机理提供基础。     

从天然蛹虫草不同部位分离菌株特性比较

以采集自泰山地区的6株野生蛹虫草为研究对象,分别通过菌核、子座组织分离和子囊孢子分离法共获得18个菌株,经ITS鉴定均为蛹虫草菌株后,进一步对18个菌株进行了菌丝生长速度、菌落形态、出草试验、主要活性物质（虫草素、腺苷、虫草多糖、β-类胡萝卜素、叶黄素）和交配型的测定分析。结果表明：在菌丝长势、出草产量和整齐度方面,从子囊孢子分离得到的菌株普遍优于组织分离菌株;而在活性物质含量方面,从子囊孢子和子座分离得到的菌株普遍优于菌核分离菌株。通过交配型测定发现,从菌核、子座和子囊孢子分离得到的18个菌株均不存在交配型缺失现象。     

刺芹侧耳交配型基因敲入单核体后锁状联合和核相的表征观察

刺芹侧耳是一种典型的具四极性交配型系统的担子菌,通常需要一对可亲和的单核菌丝体才能够形成稳定的双核菌丝体。本研究将刺芹侧耳单核菌株181（A1B1）中A和B交配型基因HD1和HD2以及信息素前体基因PEphb3.1和PEphb3.3克隆后,通过PEG介导的方式敲入到可亲和的单核菌株183（A2B2）中,获得了22个阳性转化子。运用荧光显微镜对其中11个具有锁状联合的转化子进行了详细观察,描述了锁状联合和细胞核相。研究结果为进一步开展交配型基因的遗传操作研究提供了方法学上的借鉴和参考。本文还探讨了同核双核体的概念和应用价值。     

我国肺形侧耳栽培菌株交配型分析

为分析我国栽培肺形侧耳的遗传多样性,对肺形侧耳菌株的交配型进行测定,测试的肺形侧耳菌株包括俗称为秀珍菇和凤尾菇的菌株。结果显示,我国栽培的秀珍菇与凤尾菇菌株间可以发生性亲和,属于同一生物学物种,但它们之间的交配型特异性低,36个菌株中只含4种A交配型和3种B交配型,暗示我国栽培的肺形侧耳种质资源基因匮乏。     

刺芹侧耳不同发育时期的转录组差异分析

为了探讨刺芹侧耳子实体生长发育时期的基因表达变化,本文利用高通量测序技术对刺芹侧耳不同发育时期（菌丝期、原基期、子实体时期）进行RNA-Seq分析,在转录水平上解析差异表达基因在刺芹侧耳生长发育过程中的作用和功能。KEGG功能富集显示,菌丝期差异表达基因主要富集在碳代谢和氨基酸代谢中,其中三羧酸循环中编码柠檬酸合酶、乌头酸水合酶、异柠檬酸脱氢酶、琥珀酰辅酶A合成酶、琥珀酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶的基因表达量均上调,说明碳代谢和氨基酸代谢是菌丝时期的主要能量来源;原基期上调的差异表达基因主要富集在脂肪酸代谢,其中RT-PCR定量结果显示原基期编码脂肪酸合酶的基因和编码脂酰辅酶A合成酶的基因下调,编码超氧化物酶的基因和编码过氧化氢酶的基因上调,表明脂肪酸代谢和抗氧化酶对刺芹侧耳原基期维持机体的稳定和生物应激方面起着重要作用。子实体时期上调的差异表达基因主要富集在剪接体、类固醇的生物合成以及AMPK信号通路中,说明环境因子对子实体时期有一定的影响。