食用菌遗传体系研究进展

系统地综述了食用菌遗传体系研究中主要的元件和遗传转化方法,总结了近期食用菌遗传转化研究进展及应用,分析了食用菌遗传转化研究中存在的问题与发展前景,为读者和相关领域的科研人员提供参考。     

茉莉酸甲酯对灵芝三萜生物合成的影响及其灵芝应答基因的差异表达

灵芝三萜类化合物是灵芝的主要药用成分之一,灵芝三萜含量的多少是衡量灵芝质量高低的重要指标。经研究发现茉莉酸甲酯能显著提高灵芝三萜含量并上调灵芝三萜生物合成途径中的羟甲基戊二酰辅酶A还原酶、法尼酯焦磷酸合成酶和羊毛甾醇合成酶等基因的表达。通过在灵芝中建立的cDNA-AFLP体系,采用64对引物组合对灵芝的转录组进行分析。64对引物组合共产生3 910个TDFs。茉莉酸甲酯不同诱导条件下约有919个TDFs的表达谱发生了变化,占表达谱的23.5%,其中上调表达的有703个,下调表达的有216个。选择458个TDFs进行回收、TA克隆、测序后,获得390个高质量的TDFs片段。通过蛋白数据库同源性检索,并对蛋白功能进行GO分类,结果表明:390个高质量的TDFs中,BlastX比对后没有显著匹配的序列占77.1%。在有匹配蛋白的序列中,与碳代谢及能量相关的基因为最大一组,占35.2%,转录调控类及信号传导类基因分别占14.3%和11.0%。通过荧光定量PCR技术考察了茉莉酸甲酯对20个基因转录水平的影响,与cDNA-AFLP分析的结果相一致。并通过灵芝基因过量表达技术和基因沉默技术对筛选到的相关基因进行沉默和过量表达,研究筛选到的基因在灵芝三萜生物合成与调控中的作用,获得大量参与灵芝三萜生物合成与调控的候选基因,进一步阐明了茉莉酸甲酯诱导下灵芝基因表达的变化图。     

灵芝中基于内源ura3基因的多基因沉默系统的建立及其应用

灵芝是一种重要的药用真菌,然而由于近几年缺乏有效的反向遗传体系研究,灵芝的分子遗传相关研究进展相对缓慢。该研究建立了一种更加简便快捷的灵芝电穿孔转基因方法,利用灵芝内源乳清酸核苷-5′-单磷酸脱羧酶基因(ura3)作为反向筛选标记,构建4种沉默载体(颈环结构沉默载体,正向沉默载体,反向沉默载体以及正反双向启动子沉默载体),并基于此转基因方法实现了对灵芝内源基因的沉默。通过系统比对以上4种沉默方法,发现4种沉默方法都不同程度地下调了ura3基因的表达,其中双向启动子沉默不仅载体构建方便并且能够获得最高的沉默效率(达到81.9%)。利用这种双向启动子沉默载体以及ura3的反向筛选特性,建立了灵芝的共沉默体系,发现共沉默下基因转录的下调有一定的相关性,提高了基因沉默的筛选效率。该反向遗传体系的建立有助于深入研究灵芝中单基因或多基因的功能,推动灵芝等大型担子菌的分子遗传研究进展。     

双单杂交技术选育亮盖灵芝与白肉灵芝优良性状杂交子

以亮盖灵芝Ganoderma lucidum和白肉灵芝G. leucocontextum为亲本,采用亮盖灵芝异核体双核菌丝与通过原生质体单核化获得的白肉灵芝单核体进行双单杂交,最终获得34株杂交子。采用ISSR技术对34株杂交子及亲本进行DNA多态性聚类分析,杂交子主要分为两个类群。对杂交子进行生长速度和灵芝酸含量对比,筛选到4株优质杂交子。进一步进行杂交子及亲本间HPLC指纹图谱对比,发现4株杂交子中有3株HPLC指纹图谱在具备两个亲本特征灵芝酸的同时,还有低极性灵芝酸的产生。     

灵芝甾醇14α-脱甲基酶基因的克隆及超量表达对三萜合成的影响

灵芝Ganoderma lucidum是我国传统的药用真菌,三萜类物质是灵芝的主要生物活性成分,甾醇14α-脱甲基酶是三萜合成途径中的关键酶。根据已报道其他物种甾醇14α-脱甲基酶的氨基酸保守序列设计简并引物,获得灵芝甾醇14α-脱甲基酶特异基因片段,并进一步获得灵芝甾醇14α-脱甲基酶基因的全长DNA和cDNA序列。其中DNA序列长1,981bp,cDNA序列长1,635bp。结构基因编码蛋白包含544个氨基酸,分子量为61.99kDa,等电点为6.36。将甾醇14α-脱甲基酶基因的cDNA序列克隆到灵芝超量表达载体pGl-GPD中,利用农杆菌介导的转化法实现了甾醇14α-脱甲基酶基因在灵芝内的超量表达。转化子的甾醇14α-脱甲基酶基因在转录水平表达量增加,三萜含量增加。进一步研究发现,三萜合成途径的关键酶基因Gl-aact、Gl-hmgr及Gl-ls的转录表达量也有所增加。     

灵芝羟甲基戊二酰辅酶A合酶基因的克隆及其表达特性

灵芝三萜类化合物是灵芝的重要药用成分,具有多种重要的生理功能,灵芝中三萜含量的高低已成为衡量灵芝质量高低的重要指标。灵芝羟甲基戊二酰辅酶A合酶基因(A hy-droxymethylglutary-l CoA synthase,GlHMGS)作为甲羟戊酸途径中的第一个催化酶,催化乙酰CoA与乙酰乙酰CoA生成羟甲基戊二酰CoA,对于灵芝三萜的合成起着十分重要的作用。分别以灵芝总基因组DNA和反转录的原基cDNA为模板,扩增得到GlHMGS基因的全长DNA和cD-NA序列,该基因DNA全长1 870 bp,其中ORF为1 413 bp,编码471个氨基酸,推测的分子量为51.14kD。通过比对获得的DNA和cDNA序列,发现GlHMGS由5个外显子和4个内含子构成。与NCBI数据库中HMGS的蛋白序列比对发现,GlHMGS与解脂耶罗威亚酵母的HMGS表现出最高的同源性(51%)。进化树分析也表明GlHMGS与真菌亲缘关系最近,这与灵芝的物种分类相吻合。通过酿酒酵母HMGS缺陷的菌株证实所得GlHMGS能够使HMGS缺陷的表型得到互补,证实GlHMGS的功能。利用SEFA-PCR技术扩增GlHMGS基因上游启动子序列,该序列长约1 561 bp,用Softberry等软件对启动子序列进行分析,发现GlHMGS基因启动子中包含有明显的TATA-box和CAAT-box,并发现了多个与甾醇、激素和环境压力等调节相关的顺式作用元件。进一步研究发现,茉莉酸甲酯、脱落酸和水杨酸能够提高GlHMGS基因的转录水平。在研究不同发育阶段和不同碳源对GlHMGS基因的影响时,发现GlHMGS基因的表达水平分别在第16天和以麦芽糖为碳源时达到最大。通过过量表达GlHMGS基因能够显著提高灵芝三萜含量。     

灵芝钙调蛋白基因CaM的克隆与功能分析

灵芝是我国传统的食药用真菌,具有广泛的免疫调节功能并含有多种生物活性成分。灵芝酸是灵芝的主要次生代谢产物之一,具有较高商业价值。钙调蛋白（calmodulin,CaM）作为真核生物中重要的Ca ²⁺信使,能够参与生长发育、次生代谢等重要生理过程。本研究通过序列分析发现,灵芝CaM基因序列编码149个氨基酸,与其他物种CaM蛋白高度保守。该蛋白含有4个完整的EF-hand结构域,并且在每个EF-hand结构域中,都含有一个保守的D-x-D基序。进一步构建筛选了灵芝CaM沉默转化子,检测CaM在灵芝生长发育及次生代谢过程中的功能。结果显示,CaM沉默转化子中灵芝酸含量比WT降低约34%。沉默CaM后菌丝生长速率与WT相比降低40%。该结果说明CaM在灵芝生长及次生代谢过程中具有重要作用,为在真菌中研究CaM功能及调控途径提供参考。