金针菇基因组测序及萜类合成关键基因分析

金针菇是我国一种重要的食药用真菌,具有较高的营养和药用价值,尤其是从金针菇中分离得到了多种麦角甾醇、倍半萜等萜类,具有抗菌、抗肿瘤和降血脂等功效。以往关于金针菇的研究多集中在营养成分、栽培和市场开发等方面,而很少报道有关生物活性成分的合成和代谢研究。从福建省金针菇主要栽培品种中获得原生质体单核化L11菌株,我们进行了金针菇基因组测序与初步分析,并利用生物信息学手段,研究了其主要的生物活性成分——萜类合成途径中的关键基因。结果显示,金针菇单孢全基因组序列长度为34.75Mb。通过分析萜类合成途径中的相关基因,确定了4个萜类合成关键基因的基因结构,并且表明其蛋白结构具有稳定性,该类基因还含有多个信号肽和跨膜结构。金针菇基因组测序的完成,为下一步功能基因的筛选、分析等研究工作奠定了基础。     

金针菇信息素信号通路基因在子实体发育过程中的差异表达

【背景】子实体是食用菌的主要商品部位,也是真菌生殖生长的重要结构,其发育受到多种信号途径的调控。【目的】以金针菇(Flammulina filiformis)为材料,对转录组和基因组数据的信息素信号通路基因进行分析获得差异表达的基因,并对其在菌丝生长和子实体发育过程中的表达情况进行分析,以期为研究食用菌子实体发育提供参考。【方法】基于已有的金针菇基因组数据,注释了金针菇信息素信号通路。进一步通过转录组测序鉴定了该通路中参与金针菇子实体发育的关键基因,并对关键基因进行荧光定量PCR验证。【结果】cdc24和ste12基因在子实体发育不同时期的5个样品(原基、伸长期菌柄、伸长期菌盖、成熟期菌柄和成熟期菌盖)中的表达具有显著差异,使用荧光定量PCR技术进行验证与上述结果一致。【结论】cdc24和ste12这2个关键基因可能参与了金针菇子实体发育过程中的组织分化调控机制。     

土壤杆菌T-DNA在植物细胞分化和发育研究中的应用

七十年代末期以来,由于分子生物学理论与方法的日趋完善,已使细胞生物学在各个领域中取得了惊人进展,细胞生物学已经进入了所谓的“分子细胞生物学”发展阶段。在众多分子生物学方法中,植物基因转移技术格外引人注目,并对推动分子细胞生物学的发展,尤其是有关基因表达调控、基因标记与分离、细胞分化与发育等重要领域起到了重要的作用。本文着重就土壤杆菌T-DNA区的基因在植物细胞分化及发育研究领域中的应用作一概述。     

蔗糖转化酶在高等植物生长发育及胁迫响应中的功能研究进展

随着分子生物学和测序技术的发展,植物蔗糖转化酶基因的克隆、表达调控及其功能方面的研究取得了长足的进展。综述了近年来蔗糖转化酶在植物生长发育、以及转化酶介导的植物对生物与非生物胁迫等过程中的重要作用,并对该领域今后的研究前景进行了展望。     

GUS报告系统在植物基因功能研究中的应用和优化

β-葡糖醛酸酶(GUS)报告系统是现代分子生物学研究领域中被广泛使用的一种重要工具,在解析基因时空表达调控的研究中发挥着重要作用.本文概述了报告基因GUS的生化特性及检测手段,从启动子元件鉴定、基因诱捕、无标记转基因技术等方面论述GUS的应用现状和优势,并针对内源GUS、GUS抑制因子等问题和改进优化手段进行了分析,为该技术在植物功能基因研究中进一步拓展提供新线索和思路.     

GUS在植物基因功能研究中的应用和优化

β-葡糖醛酸酶(GUS)报告系统是现代分子生物学研究领域中被广泛使用的一种重要工具,在解析基因时空表达调控的研究中发挥着重要作用.本文概述了报告基因GUS的生化特性及检测手段,从启动子元件鉴定、基因诱捕、无标记转基因技术等方面论述GUS的应用现状和优势,并针对内源GUS、GUS抑制因子等问题和改进优化手段进行了分析,为该技术在植物功能基因研究中进一步拓展提供新线索和思路.     

分子生物学技术在动物营养学中的应用与发展前景

分子生物学理论与技术的发展和应用已渗透到,生命科学的各各领域,动物营养学的发展需要在分子水平上分析及解释营养素对动物机体的生理,病理变化调控,如生长发育,新陈代谢,遗传变异,免疫与疾病等。本综述了分子生物学在动物营养学中的应用;利用分子生物学技术改造或生产动物性营养物质;从基因水平上研究如何提高动物生产性能及肉用性能：如肉质与瘦肉率等;在分子水平上研究营养与基因表达,调控的关系,以从根本上阐明营养对机体的作用机制;利用基因工程技术开发饲料资源。     

昆虫飞行肌细胞凋亡的分子生物学研究进展

细胞凋亡是多细胞生物体内由激素刺激,基因调控,蛋白调节的一个主动的程序化死亡过程,对生物体特定组织功能的发生、发展、衰老及退化等具有重要作用。而昆虫飞行肌细胞凋亡对昆虫迁飞行为尤为重要,它直接决定迁飞性昆虫能否选择更适宜的寄主植物和生活条件,进而影响到对农作物的危害地域和严重程度。本文在近年来昆虫细胞凋亡的研究基础上,从分子生物学的角度,综述了调控昆虫飞行肌细胞凋亡的相关基因和蛋白质的研究进展,探讨了昆虫飞行肌细胞凋亡发生与调控的分子生物学机制。     

藤仓赤霉(Gibberella fujikuroi)分子生物学及发酵工程研究进展

赤霉素是最重要的植物生长调节剂之一,工业化生产是由丝状真菌藤仓赤霉发酵产生.近20年来,随着分子生物学技术的发展,对藤仓赤霉赤霉素生物合成途径中相关基因的分子鉴定和表达调控等研究取得了显著的进展,赤霉素生物合成途径的分子生物学基本研究清楚,使得利用基因工程和代谢工程技术进行赤霉菌改良、提高赤霉素发酵水平成为可能.本文对藤仓赤霉中赤霉素合成机理及其表达调控、关键酶基因功能、外源基因转化系统、发酵技术、利用基因工程技术进行改造等方面的研究进展进行综述.     

种子胎萌机制研究进展

种子胎萌是内在的遗传基础和外部环境共同作用的结果,受许多基因的调控和植物激素的影响。近些年来,随着分子生物学的快速发展,种子胎萌研究已经深入到分子水平。分子生物学技术的运用,特别是基因的克隆与表达、植物激素的生物合成与信号转导和分子遗传学等手段已成为研究种子胎萌的新工具和新方向。现从种皮色泽基因R、矮杆基因Rht3以及Viviparous(Vp)基因家族等方面就种子胎萌相关基因与胎萌关系进行了综述;并对植物激素脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)的生物合成或信号转导在种子胎萌的调控中的作用等方面进行综述。     

金针菇高表达基因的密码子偏好性及特征分析

为探究金针菇的密码子偏好性,挖掘高表达基因的特征信息,以金针菇基因组及转录组数据为材料,分析金针菇的密码子偏好性及其影响因素,并对发育阶段高表达基因进行功能注释和顺式元件分析。分析表明,金针菇高表达基因表现出较强的密码子偏好性,且其偏好密码子多以胞嘧啶(C)结尾,此外在高表达基因中存在6种氨基酸的最优密码子较为保守。在进化过程中,金针菇高表达基因密码子偏好性受到自然选择压力的影响较大。功能注释分类表明,高表达基因多为核糖体通路相关的基因,与蛋白质翻译和生物合成相关。顺式元件分析表明,高表达基因启动子区域大多存在MeJA响应元件、ABA响应元件、光响应元件及MYB转录因子结合元件。研究结果可为提高金针菇异源表达效率和挖掘强启动子提供理论基础和思路。     

金针菇菌柄发育的转录组与蛋白组分析

菌柄是金针菇等食用菌的主要商品部位,但其生长机制仍不明确。本研究对金针菇伸长期和成熟期菌柄进行了转录组联合蛋白组分析,结果显示,两样本显著性差异表达基因和蛋白分别为721个和61个,均以上调表达为主。GO（gene ontology）功能聚类分析表明：有72.41%的差异表达基因富集在催化活性（catalytic activity）条目下。细胞组分（cell part）和绑定结合（binding）条目同时富集了较多的差异表达基因和蛋白。KEGG通路富集分析显示：碳水化合物代谢通路（carbohydrate metabolism）和氨基酸代谢通路（amino acid metabolism）富集的差异表达基因较多。差异表达蛋白富集较多的通路是单环菌素生物合成（monobactam biosynthesis,ko00261）、链霉素生物合成（streptomycin biosynthesis,ko00521）和有机含硒化合物代谢（selenocompound metabolism,ko00450）等。内质网蛋白质加工（protein processing in endoplasmic reticulum,ko04141）和MAPK信号通路（MAPK signaling pathway-yeast,ko04011）在转录组和蛋白组的KEGG富集分析中均为差异通路。本研究联合转录组和蛋白组数据筛选了40个金针菇菌柄发育中差异表达基因,为深入研究揭示食用菌菌柄发育过程提供候选基因。     

金针菇CA基因家族分析及其对CO2的响应

金针菇栽培通过提高栽培室CO₂浓度来抑制菌盖生长,提高商品质量。碳酸酐酶能调节CO₂/HCO₃ ^-在细胞内的平衡,它可能是响应CO₂胁迫的关键酶。本研究利用我们已完成的金针菇Flammulina filiformis的基因组测序数据,以双色蜡蘑碳酸酐酶家族基因为参照,通过本地BLAST,得到7个金针菇碳酸酐酶家族的基因,分别命名为CA-1、CA-2、CA-3、CA-4、CA-5、CA-6、CA-7。基因结构、保守结构域和系统进化分析结果均支持这7个序列是碳酸酐酶家族的编码基因。高浓度CO₂胁迫处理金针菇子实体12h,CA-1、CA-2表达量与CO₂浓度正相关,CA-5负相关,CA-3、CA-4和CA-6没有响应,CA-7无明显规律。据此推测,CA-1、CA-2和CA-5可能是金针菇响应CO₂胁迫的关键基因之一,参与调控菌盖生长发育。     

磁场对金针菇菌丝生长的影响及磁受体和铁离子转运蛋白的鉴定表达

磁场作为一种无法避免的自然因子,对生物的生长发育有重要影响。然而,目前磁场对大型真菌影响的研究还鲜有报道。本研究采用铷磁铁对金针菇菌丝进行处理,检测金针菇菌丝在不同磁极刺激下的生长和基因表达规律。结果显示：磁场是铷磁铁抑制金针菇菌丝生长的主要原因,且在磁感应强度0.003T以上对菌丝生长的抑制作用较强。通过同源比对获得一个金针菇磁受体和一个铁离子转运蛋白的编码基因,分别命名为ff-magr和ff-fief。定量PCR结果显示ff-magr在N极和S极均出现显著下调表达,N极和S极磁场对ff-fief 的表达均无显著影响。结果表明：磁受体蛋白参与了金针菇菌丝受磁场抑制的应答过程,而磁受体不仅仅是通过调控铁的含量来调控菌丝的生长发育。以上结果为合理利用磁场调控真菌生长发育奠定基础,同时也为深入研究磁场对真菌生长发育的分子机理提供参考。     

单孢杂交选育金针菇新品种‘上研1820’

本研究以收集的105份金针菇种质资源经遗传性分析后,选出‘上研1号’与‘0747’菌株作为亲本,采用单孢杂交技术共得到168个杂交菌株。经实验室初筛和工厂化小中试复筛,最终获得产量高、出芽整齐和商品性状优良的金针菇新品种‘上研1820’。该品种为浅黄色,菌盖呈球形,菌柄基部颜色加深不显著,子实体干品氨基酸总含量为1.82×10⁴ mg/kg。工厂化栽培条件下,菌丝最适培养温度为20 ℃,子实体生长发育温度为5-15 ℃,瓶栽菌丝培养周期为22 d,子实体生育时间为25 d,平均单瓶产量为314.3 g/瓶。研究结果表明,利用分子标记技术和传统选育手段,可有效提高育种效率,对筛选出具有遗传性状稳定、商品性状优良和适用于工厂化栽培等特性的目标菌株具有重要的理论指导意义。     

网隙裂粉韧革菌不同生长时期转录组分析

网隙裂粉韧革菌Amylostereum areolatum是松树蜂Sirex noctilio携带并传播的共生真菌,与松树蜂之间存在严格的互利共生关系,其正常生长发育是松树蜂完成生活史的关键因子之一。为研究该共生菌生长发育的相关机制,我们对共生菌菌丝最大生长速率前期（7d）和后期（12d）样本进行转录组测序,在转录水平上分析差异表达基因在共生菌生长发育中的功能。结果显示,两个不同生长时期共有差异基因2 425个,其中在共生菌最大生长速率前期样本中上调的基因有946个,下调的有1 479个。Nr注释和GO功能富集分析结果表明,共生菌最大生长速率前期的差异表达基因主要与碳水化合物代谢、蛋白质合成以及水解酶活性相关。Pathway富集分析表明,差异表达基因显著富集在糖酵解/糖异生代谢通路上,并且这些基因在共生菌最大生长速率前期的样本中显著上调,表明其可能在网隙裂粉韧革菌的生长发育中发挥重要作用。通过分析两个不同生长时期共生菌基因的表达情况,挖掘参与共生菌生长发育的关键基因,旨在为探索松树蜂与其共生菌的互利共生机制提供理论基础。     

金针菇细胞色素c过氧化物酶基因（ffccp）及其在菌柄伸长的差异表达初步分析

细胞色素c过氧化物酶（cytochrome C peroxidase,CcP）是细胞内H₂O₂的主要降解酶,参与真菌的氧化应答过程。本研究基于基因组数据获得一个金针菇细胞色素c过氧化物酶编码基因,命名为ffccp。该基因全长1 913bp,包含一个1 098bp的完整开放阅读框,编码365个氨基酸。生物信息学分析结果显示,该基因编码的蛋白质（FfCcP）无跨膜结构和信号肽,不形成二硫键结构,亚细胞定位于线粒体上,具备血红素结合蛋白的保守位点。序列比对和进化分析结果显示,金针菇与糙皮侧耳Pleurotus ostreatus等大型真菌的CcP序列高度相似（相似度均超过70%）,属于CcP家族蛋白。RT-qPCR的检测结果显示,氧化胁迫和损伤胁迫均能诱导ffccp基因上调表达,但两种胁迫对ffccp表达的调控机制可能并不相同。进一步检测ffccp在子实体发育过程中的差异表达情况,发现ffccp在伸长期菌柄出现显著上调表达,且表达量与菌柄伸长速度的相关性达到0.998,为极强正相关。推测ffccp的上调表达可能有利于菌柄的伸长。     

西藏黄绿卷毛菇生境土壤微生物群落组成

牧草外生菌根菌黄绿卷毛菇Floccularia luteovirens具有较高的生态和经济价值,其生境微生物对其菌丝生长、菌根化和子实体形成具有促进作用。本研究利用高通量测序技术对西藏黄绿卷毛菇菌窝土壤及其周围无菇土壤微生物群落组成进行分析,挖掘促进黄绿卷毛菇生长的有益微生物资源。结果显示,西藏黄绿卷毛菇生境土壤细菌隶属于17门22纲116目161科227属,其中酸杆菌门、变形菌门、拟杆菌门和疣微菌门累计比例高达81.75%;生境土壤真菌隶属于5门17纲34目55科61属,子囊菌门和担子菌门累计比例高达80.89%。对比周围无菇土壤的微生物群落,促进黄绿卷毛菇生长的潜在细菌类群为Flavisolibacter、黄杆菌属Flavobacterium、芽单胞菌属Gemmatimonas、Haliangium、赛格特杆菌Segetibacter和鞘氨醇单胞菌属Sphingomonas;促进黄绿卷毛菇生长的潜在真菌类群为斜盖伞属Clitopilus、丝膜菌属Cortinarius、被孢霉属Mortierella和毛霉属Mucor。土壤微生物促进黄绿卷毛菇生长繁殖的机制有待进一步研究。     

基于转录组分析的金针菇冷诱导原基形成的调控网络

金针菇是低温结实型菌类,原基形成需要低温诱导,子实体发育也需要较低的温度,因此在工厂化生产过程中能源消耗大,生产成本高。本研究利用转录组测序对金针菇菌丝体和原基进行RNA-Seq分析,筛选得到7 935个差异表达基因,在原基形成后,有4 025个基因上调表达以及3 910个基因下调表达。通过GO注释和KEGG通路注释等生物信息学手段对代谢途径进行分析,可推测冷诱导形成原基的代谢调控为：当金针菇菌丝细胞接受到冷信号后,糖分转运相关的基因表达量下降,导致碳源摄取效率下降,因而糖酵解途径大部分相关基因表达量下调,进而导致三羧酸循环的底物乙酰辅酶A（乙酰CoA）合成量减少,整个细胞能量产出下降。此负反馈信号使细胞内储存的脂质进行氧化代谢的基因表达上调,产出乙酰CoA以供三羧酸循环产能。此负反馈导致不饱和脂肪酸的合成基因表达上调,以调节细胞流动性;同时磷脂和鞘脂代谢通路的相关基因表达大多上调,合成增多,细胞膜的组分因此改变,因此细胞进行重构进入另一种状态。与DNA复制、RNA转录和蛋白质合成的相关基因表达均大部分上调,表明了原基形成时细胞正处于增殖旺盛时期。本研究结果从分子水平上揭示了金针菇原基的形成伴随着能量来源的转变,各个代谢途径的相互调控以及相关基因的表达影响,为有目的培育高温型金针菇新品种,减少栽培能耗提供理论依据。     

极小种群濒危植物广西火桐、丹霞梧桐的叶绿体基因组特征

广西火桐(Firmiana kwangsiensis)和丹霞梧桐(F. danxiaensis)是我国南方特有物种, 其分布范围狭窄, 种群数量少。为了解其叶绿体基因组结构及系统发生关系, 本文通过高通量测序方法获得广西火桐和丹霞梧桐的浅层基因组数据, 通过生物信息学方法对叶绿体全基因组进行组装, 并对其结构特征进行分析。结果表明: 广西火桐和丹霞梧桐的叶绿体基因组大小分别为160,836 bp和161,253 bp, 具有典型被子植物叶绿体基因组环状四分体结构, 包含长度分别为89,700 bp、90,142 bp的大单拷贝区(large single copy, LSC), 长度分别为19,970 bp、20,067 bp的小单拷贝区(small single copy, SSC)及长度分别为25,583 bp、25,522 bp的2个反向重复序列区(inverted repeat sequence, IR)。两个物种的叶绿体基因组共注释得到131个基因, 包括86个蛋白编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因。广西火桐的叶绿体基因组中共检测出26个正向重复序列、2个反向重复序列、21个回文重复序列、21个串联重复序列和98个简单重复序列; 丹霞梧桐叶绿体基因组中共检测出23个正向重复序列、5个反向重复序列、21个回文重复序列、30个串联重复序列和107个简单重复序列。系统发生分析结果表明5种梧桐属(Firmiana)植物构成两个强烈支持的分支(支持率100%), 一个分支为广西火桐、美丽火桐(F. pulcherrima)和火桐(F. colorata), 其中广西火桐与美丽火桐构成姐妹群; 另一分支是互为姐妹群的丹霞梧桐和云南梧桐(F. major)。综上所述, 广西火桐和丹霞梧桐的叶绿体基因组结构、基因排列及重复序列具有较高的相似性, 系统进化树将5种梧桐属物种分为两个分支, 其中广西火桐和美丽火桐最近; 而丹霞梧桐与云南梧桐关系最近。本研究鉴定的SSR位点可为梧桐属物种系统发生、进化关系的研究提供遗传信息。