双孢蘑菇对高温胁迫的响应及耐热机理

本研究以双孢蘑菇Agaricus bisporus工厂化菌株A15和筛选得到的耐高温菌株A15-TH为研究对象,比较了高温胁迫对两个菌株菌丝生长的影响,并从氧化损伤修复及基础碳代谢-糖酵解途径两个角度探索双孢蘑菇对高温胁迫的响应及耐热机理。高温胁迫下,对照菌株A15的菌丝生长速度降低,菌丝分叉增加;而耐高温菌株A15-TH菌丝生长速度高于A15,菌丝形态优于对照菌株,表现出对高温具有一定的耐受性。对两个菌株高温胁迫下氧化损伤及抗氧化酶系统进行研究发现,高温胁迫30-90min导致对照菌株A15的三磷酸腺苷（ATP）含量下降54.4%-59.6%,线粒体复合物I、II、III活性升高,超氧阴离子（O₂^-）含量增加了34.9%-71.3%;此外高温胁迫降低了超氧化物歧化酶（SOD）的活性,影响了O₂^-的清除效率。耐高温菌株在受到高温胁迫后的氧化损伤及氧化修复效果与对照菌株不同,一方面体现在正常状态下维持较低的细胞能量代谢和较高的ROS合成量;另一方面抗氧化系统中sod1、sod2、cat1与对照菌株相比有不同程度的上调,SOD和过氧化氢酶（CAT）活性增强,可以更有效地清除过量的活性氧,减轻高温对菌丝的氧化损伤。尤其在高温胁迫120min时,A15的线粒体功能及抗氧化系统受到严重损伤,线粒体复合物I、II、III活性和CAT活性大幅度下降,但是A15-TH线粒体复合体I、III活性分别增加至正常状态下的1.4倍和8.9倍,CAT活性比对照菌株高128%,维持了正常的线粒体功能及对活性氧的有效清除。进一步研究发现高温胁迫下,双孢蘑菇菌丝的己糖激酶和丙酮酸激酶活性增加,糖酵解途径加快;耐高温菌株A15-TH在正常状态下和高温胁迫下,己糖激酶和丙酮酸激酶的活性均高于对照菌株A15,具有更活跃的碳代谢。     

双孢蘑菇Septin基因Ab.Cdc3的克隆与分析

具有 GTPase 活性的 Septin蛋白广泛存在于除植物外的所有真核生物中,其功能多样。采用tBlastn将灰盖鬼伞Coprinus cinereus中与菌柄伸长相关的Septin蛋白Cc.Cdc3与双孢蘑菇基因组数据进行比对,在双孢蘑菇基因组中找到Cc.Cdc3同源蛋白编码基因Ab.Cdc3。生物信息学分析结果表明,Ab.Cdc3蛋白序列具有保守GTPase结构功能域。通过荧光定量PCR（quantitative real-time PCR,qRT-PCR）方法分析Ab.Cdc3在不同生长阶段的表达模式,结果显示该基因在子实体菌柄中表达量较菌丝、原基和菌盖中的表达量高;采后不同保藏时间样品Ab.Cdc3基因表达分析结果显示,在采后0h表达量显著高于采后12h和48h;这些结果为进一步研究该基因在双孢蘑菇生长发育中的功能提供参考。     

双孢蘑菇萎锈灵抗性基因定点突变的载体构建与遗传转化

为建立更为安全、有效的双孢蘑菇遗传转化体系,构建了双孢蘑菇琥珀酸脱氢酶的铁硫蛋白亚基Agsdi1突变（His突变为Leu）表达载体pAgsdi1,并通过农杆菌介导方法转化双孢蘑菇W192,经萎锈灵筛选以及PCR扩增和MnlⅠ酶切验证后获得了转化菌株。验证结果表明,点突变的铁硫蛋白亚基Agsdi1可以作为双孢蘑菇有效的抗性标记基因。因其并未引入新的外源基因,是一种比潮霉素抗性基因更为安全的筛选标记,将可用于双孢蘑菇等食用菌的遗传转化。     

朱砂叶螨热激蛋白HSP70基因TCHSP70-4的克隆与表达

为了研究朱砂叶螨Tetranychus cinnabarinus(Boisduval)热激蛋白HSP70的表达与其适应高温和低温胁迫的关系,我们利用物种的同源性及RACE 技术,获得朱砂叶螨热激蛋白HSP70基因1个,命名为TCHSP70-4（GenBank 登录号为EU977182）。该基因全长2 182 bp,包含1 959 bp的开放阅读框,编码653个氨基酸,理论分子量为70.9 kDa,等电点为5.4,含有HSP70家族高度保守的基序。运用real-time PCR分析冷激（4℃）和热激（40℃）1 h后TCHSP70-4在朱砂叶螨体内的表达量。结果显示冷激后TCHSP70-4表达量明显下降,而热激后TCHSP70-4表达量却明显上升。这些结果一方面表明该基因属于诱导型HSP70基因,另一方面揭示了朱砂叶螨分别受到冷和热胁迫后体内TCHSP70-4的表达及所起的保护作用是不同的。     

香菇锰过氧化物酶基因（LeMnP1）生物信息学分析及高温胁迫下的表达

本研究对香菇锰过氧化物酶基因（manganese peroxidase 1,MnP1）进行了生物信息学分析,选用香菇出发菌株18和诱变菌株18N44作为实验材料,经测定高温胁迫后菌丝恢复生长速度,分析了高温胁迫过程中香菇锰过氧化物酶基因（LeMnP1）的表达水平及酶活性。结果表明：LeMnP1定位于细胞外,该蛋白属于过氧化物酶超家族,与其他担子菌具有较高的同源性。18N44在高温胁迫后其恢复能力明显强于18;在高温胁迫过程中,18N44中LeMnP1的基因表达水平均高于18,呈现先上升后下降的趋势;在未处理时,18N44的MnP活性显著高于18,随着高温胁迫时间延长,其酶活性显著下降,18的LeMnP1基因表达量及酶活性在整个高温胁迫过程中基本维持稳定。据此推测锰过氧化物酶基因的相对高表达,可能是18N44高温胁迫后恢复生长快的原因之一。     

橡胶树胶乳高表达热激蛋白HbHSP90.4基因抗逆功能分析

为了分析热激蛋白90（HSP90）基因在橡胶树（Hevea brasiliensis）逆境胁迫和激素转导中的作用,利用PCR技术从橡胶树品种热研73397胶乳中克隆得到HbHSP90.4基因全长cDNA序列,该基因含有1个2 451 bp开放阅读框（ORF）,编码816个氨基酸。生物信息学分析结果表明,HbHSP90.4含有HSP90 superfamily和HATPase superfamily结构域,属于HSP90家族成员。系统进化分析发现该蛋白与木薯MeHSP90具有较近的亲缘关系。亚细胞定位预测显示HbHSP90.4基因定位在内质网。qRT-PCR结果表明HbHSP90.4基因主要在橡胶树胶乳中表达。干旱、冷胁迫、橡胶树白粉菌侵染、H₂O₂和MeJA处理均可促进胶乳HbHSP90.4基因上调表达,而其在ETH、SA和ABA处理中均呈现显著下调表达。构建植物表达载体HbHSP90.4-mScarlet,为进一步的转基因植物的做成准备了材料。本研究为阐明胶乳HbHSP90.4基因响应橡胶树逆境胁迫过程和植物激素信号传导途径分子调控机制奠定坚实基础。     

辣椒锌指蛋白DnaJ-Like基因家族鉴定及对高温胁迫的表达响应

植物DnaJ-Like锌指蛋白（DNAJE）是近年来发现的一类具有重要功能的蛋白,在光合作用、质体发育与运动和植物抗逆及防御反应中发挥重要作用。基于辣椒全基因组数据,对辣椒DNAJE基因家族（CaDNAJE）进行鉴定,利用生物信息学方法对基因和蛋白特征、比较进化、共线性关系及高温胁迫下基因表达模式等进行分析。结果表明,CaDNAJE基因家族有28个成员,不均匀的分布在10条染色体和3个Scaffold上,氨基酸序列长度为99-470 aa,分子量为10.05-52.26 kD,理论等电点（pI）为4.75-9.64,其编码蛋白主要定位在叶绿体和细胞核中;辣椒、番茄和拟南芥的比较进化分析可将其分为GroupⅠ 和GroupⅡ 2个亚族,同一亚族具有类似的蛋白保守motif和基因结构;CaDNAJE基因启动子区包含大量光响应、激素响应和胁迫应答元件;辣椒与拟南芥DNAJE之间存在10对共线性基因,辣椒种内仅有1对;辣椒不同组织转录组分析发现,GroupⅠ 中多数成员在各组织中均有高表达,而GroupⅡ 中除CaDNAJE2、CaDNAJE9等基因存在高表达外,多数基因表达量都很低甚至不表达;高温胁迫下,辣椒叶片过氧化氢含量急速上升后降低,丙二醛含量持续升高,抗氧化物酶活性也有不同程度的提高。同时,高温诱导热激转录因子Hsf和热激蛋白HSP耐热相关基因及CaDNAJE基因高表达,在不同胁迫时期发挥调控作用。推测CaDNAJE基因家族可能参与辣椒响应高温胁迫,提高其耐受力,以降低细胞损伤。     

双孢蘑菇基因组密码子的偏好性分析

双孢蘑菇Agaricus bisporus是世界上最广泛栽培的食用菌之一。本研究通过分析双孢蘑菇基因组密码子使用偏性,探讨密码子偏性的影响因素及其对基因表达的影响。以双孢蘑菇基因组和转录组数据为依据,分析了双孢蘑菇基因组基因、高表达基因（high expression gene,HEG）和低表达基因（low expression gene,LEG）的密码子使用性。发现双孢蘑菇基因组编码基因平均GC含量为49.08%,T3s值（35.59%）最高,平均ENC值偏高,多数基因表达潜力较低。共鉴定出14个最优密码子,均以C或T结尾,并且遵循密码子中嘌呤和嘧啶使用的均衡性原则。高表达基因具有更强的密码子偏性,进化过程中受到基因突变和自然选择等多种因素影响。基因表达与G/C碱基含量和CAI值呈极显著正相关。高表达基因编码了多种与真菌生长发育相关的蛋白和酶类。研究结果明确了双孢蘑菇基因密码子的使用偏性,为双孢蘑菇转基因育种和品质改良提供了参考。     

RNAi法分析广东虫草热激蛋白40 CgDnaJ05基因功能

DnaJ蛋白(热激蛋白40)在机体生长发育和适应逆境环境过程中起着重要作用。以广东虫草GDGM30035为材料,克隆获得CgDnaJ05基因,CDS为2 361 bp,编码786个氨基酸,生物信息学分析结果表明CgDnaJ05蛋白含有DnaJ蛋白结构域,属于碱性、不稳定和亲水性蛋白质。以CgDnaJ05蛋白DnaJ保守结构域240 bp的反向互补片段为干扰片段,构建CgDnaJ05基因的双向启动子沉默载体;通过根癌农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导转化法侵染广东虫草菌丝,筛选获得9个相对稳定的CgDnaJ05沉默转化子。qRT-PCR分析表明,转化子CgDnaJ05相对表达量下调至野生型菌株的20%-82%;与野生菌丝相比,转化子菌丝生长速度显著下降,且CgDnaJ05下调越明显,菌丝减缓速度越显著,同时,转化子原基的形成受到显著抑制。研究表明：广东虫草CgDnaJ05基因明显影响广东虫草菌丝生长和原基形成,对广东虫草生长发育具有重要的调控作用。     

环链棒束孢hsp90基因的克隆及冷热胁迫下的表达特征分析

通过本地Blast筛选转录组数据库方法,首次克隆了环链棒束孢热休克蛋白90基因全长cDNA序列,命名为Ichsp90（GenBank登录号KT944289）。克隆结果表明,该序列含有2 284个碱基,包括一个含2 097个碱基的开放阅读框,编码699个氨基酸,推测蛋白的分子量为79.23kDa,等电点（pI）为4.86,且含有5个Hsp90家族特征基序和胞质特征序列MEEVD,推导的氨基酸序列与其他丝状真菌相似性在92%-96%之间。用qRT-PCR方法分析了冷热胁迫下,该基因在环链棒束孢中的相对表达情况,结果表明：在4℃冷胁迫下15min检测到Ichsp90表达量下降到最低点,为对照的-1.8倍;随后表达量开始上升,至120min表达量是对照的1.07倍。在39℃高温胁迫下,60min Ichsp90表达量达到最高峰,为对照样品的5.02倍;随后表达量开始下降,至110min为对照样品的2.46倍。因此推测,Ichsp90基因在环链棒束孢抵抗外界温度胁迫中发挥重要的作用。     

Antioxidant responses of Chilo suppressalis (Lepidoptera: Pyralidae) larvae exposed to thermal stress

High temperatures cause a variety of physiological stress responses in insects, including increased generation of reactive oxygen species (ROS), which can cause oxidative damage. This study investigated the effects of thermal stress on ROS generation, the expression of heat shock protein 70 (Hsp70) at the mRNA and protein levels, the activity of antioxidant enzymes (SOD, CAT), and apoptosis in hemocytes of Chilo suppressalis larvae. Results indicated that thermal stress significantly elevated the level of ROS and antioxidant enzyme activity in C. suppressalis larvae. Real-time quantitative PCR showed that hsp70 gene expression was induced by heat stress. Flow cytometric results revealed that the expression profile of Hsp70 at the protein level was in agreement with that at the mRNA level. The expression of Hsp70 at both the mRNA and protein levels reached a maximum at 36 °C in larval hemocytes. Exposure to tested temperatures did not cause any significant change in the rate of apoptosis in larval hemocytes. These results suggest that thermal stress leads to oxidative stress and that antioxidant enzymes and the Hsp70 play an important role in reducing oxidative damage in C. suppressalis larvae.     

Lethal and sublethal effect of heat shock on Phenacoccus solenopsis Tinsley (Hemiptera: Pseudococcidae)

Temperature is an important abiotic environmental factor, and is responsible for various kinds of behavioral and physiological changes in living organisms. Induced heat shock is associated with feeding behaviour, reproduction and reactive oxygen species (ROS) generation that causes oxidative damage. In this experiment, we examined the lethal and sublethal effects of heat shock on reproduction, feeding behaviour and antioxidant enzymes, including catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD) and peroxidases (POD) in P. solenopsis. Results showed that males were highly susceptible to heat shock treatments than females, as LTemp₅₀ values were 43.8 °C for males and 45.11 °C for females. Heat shock events non-significantly affected the fecundity in female only treated adults and significantly affected the both sexes heat treated adults, it increased the xylem feeding duration, percentage of xylem feeding adults and reduce the phloem feeding duration and percentage of phloem feeding adults. Similarly it alter the antioxidant enzymes activities, an increase of CAT, SOD and POD activities were noticed in response to highest intensity of heat shock while a reduction of CAT and SOD activity were noticed in response to lowest intensity of heat shock compared to control (30 °C). These results suggest that heat shock may result in loss of body water and induce oxidative stress in P. solenopsis. However, antioxidant enzymes play a significant role in overcoming the oxidative damage.     

温度对梯棱羊肚菌抗氧化酶活及其基因表达的影响

大田栽培条件下,环境温度无法精确调控,温度胁迫是影响羊肚菌生长发育的重要因素。抗氧化酶和抗氧化活性物质是羊肚菌抵御逆境胁迫的重要因子。温度胁迫下,羊肚菌菌丝会通过增加相应酶活性来减少活性氧的积累,降低对细胞的损伤。作者研究了不同温度对梯棱羊肚菌菌丝生长、抗氧化酶（超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT、谷胱甘肽还原酶GR、谷胱甘肽过氧化物酶GPX）活性及其基因表达和抗氧化活性物质的影响,结果显示：在5-25℃的温度区间内,随着温度的增加,菌丝生长速度加快,菌丝的老化速度也加快;对抗氧化酶活性研究发现,SOD、GPX和GR在低温下活性更高,CAT在高温下活性更高;抗氧化活性物质含量会随温度升高而增加,如还原型抗坏血酸（AsA）和还原型谷胱甘肽（GSH）;温度越高,羊肚菌菌丝中H₂O₂、O^2-和丙二醛含量也随之增加。因此,在温度胁迫下,羊肚菌通过启动不同的抗氧化酶和抗氧化活性物质来减少活性氧含量,缓解菌丝损伤,本研究为探讨温度对羊肚菌种质质量的影响和栽培条件优化提供了基础数据支撑。     

Thermotolerance and antioxidant response induced by heat acclimation in <Emphasis Type="Italic">Freesia</Emphasis> seedlings

Followed a heat acclimation pretreatment, seedlings of Freesia hybrida ‘Shangnong Jinghuanghou’ were exposed to heat stress at 38°C for 6 h treatment and then recovered at 22°C for 72 h to study the impact of heat acclimation (30°C) on thermotolerance under heat stress. The results showed that the pretreated seedlings performed better under heat stress than control. Heat acclimation could slow down the decrease of chlorophyll contents under heat stress and recover better. Higher levels of soluble sugar and proline and slight lower level of soluble protein were observed in pretreated seedlings. After recovery, similar levels of proline and soluble protein were maintained in all seedlings. However, a higher level of soluble sugar was maintained in pretreated seedlings. MDA content and EL showed a stable level in pretreated seedlings while a significant increase in control, followed by a significant decrease after recovery. Significant different responses of SOD, POD, CAT, and APX activities were observed in pretreated seedlings and control. Heat acclimation led to higher activities of these enzymes and a significant response of antioxidant enzyme activities occurred in a time-dependent manner under heat stress. Exposure to high temperature caused a significant increase in SOD and APX activity, and much higher levels in SOD and APX activity were observed in pretreated seedlings compared to control during heat stress. A slight difference in change pattern of POD and CAT activity was presented. The highest activities of POD and CAT were observed at 4 and 6 h of heat stress in pretreated seedlings and control, respectively. After 72 h recovery, the activities of all tested enzymes decreased to similar levels in all seedlings.