综述: 表观遗传学研究的模式生物——粗糙脉孢菌

丝状真菌粗糙脉孢菌是一种作为遗传学研究的经典模式生物．通过对粗糙脉孢菌5S rRNA基因的组成和在染色体上分布的研究,揭示了丝状真菌中存在的一种基因组防御机制——重复序列诱导的DNA点突变(RIP)．通过对发生突变的5S rRNA假基因的研究还发现,粗糙脉孢菌中存在一种重要的表观遗传修饰——DNA甲基化,随后的深入研究使粗糙脉孢菌成为解析DNA甲基化机制的最重要模式生物之一．粗糙脉孢菌基因转化操作引起的营养生长阶段同源基因的沉默(quelling)是由RNAi途径调控的,同时该途径也是调控减数分裂过程中非配对DNA诱发的基因沉默(meiotic silencing)的关键．由于粗糙脉孢菌基因组简单,且存在与高等真核生物相同的DNA甲基化和多种组蛋白的修饰,使其成为今后深入研究组蛋白修饰与染色质重塑等表观遗传现象参与基因表达调控和基因组稳定性维持的重要模式生物之一．     

表观遗传学研究的模式生物——粗糙脉孢菌

丝状真菌粗糙脉孢菌是一种作为遗传学研究的经典模式生物.通过对粗糙脉孢菌5S r RNA基因的组成和在染色体上分布的研究,揭示了丝状真菌中存在的一种基因组防御机制——重复序列诱导的DNA点突变(RIP).通过对发生突变的5S r RNA假基因的研究还发现,粗糙脉孢菌中存在一种重要的表观遗传修饰——DNA甲基化,随后的深入研究使粗糙脉孢菌成为解析DNA甲基化机制的最重要模式生物之一.粗糙脉孢菌基因转化操作引起的营养生长阶段同源基因的沉默(quelling)是由RNAi途径调控的,同时该途径也是调控减数分裂过程中非配对DNA诱发的基因沉默(meiotic silencing)的关键.由于粗糙脉孢菌基因组简单,且存在与高等真核生物相同的DNA甲基化和多种组蛋白的修饰,使其成为今后深入研究组蛋白修饰与染色质重塑等表观遗传现象参与基因表达调控和基因组稳定性维持的重要模式生物之一.     

粗糙脉孢菌蛋白表达系统构建研究北大核心CSCD

旨在将模式丝状真菌粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)构建为蛋白质表达系统。通过真菌杂交技术构建出粗糙脉孢菌六突变缺失菌株LQ-1(Δ3βG∷Δ2cbh∷Δhis3)作为蛋白表达宿主菌株。该宿主菌株可以用纤维二糖作为诱导物诱导纤维素酶启动子表达,同时又消除了葡萄糖苷酶蛋白的背景条带,有利于目标蛋白表达纯化。构建了分别含有粗糙脉孢菌自身强启动子(Pcbh-1、Pcbh-2和Ptef-1)的3个新的高效表达载体,该载体带有融合标签蛋白tev-6×his-gfp,能高效方便的筛选阳性转化子,有利于后续目标蛋白纯化。以纤维素酶GH3-4和CBH-1为例,通过重组表达菌株纤维二糖诱导发酵液进行酶活测定、SDS-PAGE电泳分析和Western blotting检测显示,重组蛋白GH3-4-GFP和CBH-1-GFP成功进行了表达和分泌,分泌水平分别为2.77和2.83 mg/L。Pcbh-1启动子重组蛋白表达水平最高,说明在纤维二糖诱导体系中启动子Pcbh-1的启动效率最高,初步建立了粗糙脉孢菌纤维二糖诱导的蛋白质表达体系。     

脉孢菌lca-1基因调控无性产孢及类胡萝卜素的合成

类胡萝卜素是很多生物细胞内重要的抗氧化剂,具有保护细胞免受紫外线伤害的功能。粗糙脉孢菌是少数几个类胡萝卜素合成基因比较清楚的真菌之一,为了深入了解该菌类胡萝卜素合成调控机制,通过对粗糙脉孢菌基因突变体库中6,087株突变体进行筛选,新发现6个基因敲除突变体营养生长正常,但类胡萝卜素的合成降低,其中表型较好的1个突变体,其无性产孢量与类胡萝卜素合成量均明显降低。鉴定发现该突变体所缺失的基因编码一种依赖ATP的染色体重建复合体的ATP酶链ISW1,将该基因命名为lca-1。进一步测定发现lca-1基因的突变导     

粗糙脉孢菌木质纤维素降解利用研究进展

粗糙脉孢菌作为木质纤维素降解真菌,不仅具有完整的木质纤维素降解酶系,而且还拥有全基因组基因敲除突变体库,是研究丝状真菌纤维素酶表达分泌和木质纤维素降解机制的优秀体系。近年来,国内外利用粗糙脉孢菌系统,在木质纤维素降解机制方面取得了显著进展,包括纤维素酶信号传导、调控以及生物质降解后糖的转运利用等。笔者就相关方面的进展进行综述,并对利用粗糙脉孢菌研究木质纤维素降解利用进行展望,总结和分析木质纤维素降解机制研究的国际前沿动态,有助于加深本领域研究人员对真菌体系纤维素降解机制的理解。     

粗糙脉孢菌蛋白表达系统构建研究

旨在将模式丝状真菌粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)构建为蛋白质表达系统。通过真菌杂交技术构建出粗糙脉孢菌六突变缺失菌株LQ-1(Δ3βG∷Δ2cbh∷Δhis3)作为蛋白表达宿主菌株。该宿主菌株可以用纤维二糖作为诱导物诱导纤维素酶启动子表达,同时又消除了葡萄糖苷酶蛋白的背景条带,有利于目标蛋白表达纯化。构建了分别含有粗糙脉孢菌自身强启动子(Pcbh-1、Pcbh-2和Ptef-1)的3个新的高效表达载体,该载体带有融合标签蛋白tev-6×his-gfp,能高效方便的筛选阳性转化子,有利于后续目标蛋白纯化。以纤维素酶GH3-4和CBH-1为例,通过重组表达菌株纤维二糖诱导发酵液进行酶活测定、SDS-PAGE电泳分析和Western blotting检测显示,重组蛋白GH3-4-GFP和CBH-1-GFP成功进行了表达和分泌,分泌水平分别为2.77和2.83 mg/L。Pcbh-1启动子重组蛋白表达水平最高,说明在纤维二糖诱导体系中启动子Pcbh-1的启动效率最高,初步建立了粗糙脉孢菌纤维二糖诱导的蛋白质表达体系。     

板栗疫病菌cpfluG基因的功能研究

fluG基因在许多丝状真菌中对无性孢子的发育起调控作用,然而在树木病原菌板栗疫病菌(Cryphonectria parasitica)中,无性孢子的发育调控机制尚未完全明确。本研究克隆了板栗疫病菌的fluG同源基因cpfluG,采用同源重组的方法构建了fluG基因缺失菌株ΔcpfluG。相对于野生型菌株,ΔcpfluG突变株几乎完全丧失产孢能力,色素分泌显著减少,但致病性不受影响。cpfluG基因的缺失导致已知的产孢相关基因cls-31表达量显著下调,但不影响pks基因和cls-32的表达。本研究结果揭示,fluG是板栗疫病菌孢子发育调控的一个关键成员,但板栗疫病菌分生孢子发育的调控细节可能有别于已报道的丝状真菌。     

粗糙脉孢菌木质纤维素降解利用研究进展简

粗糙脉孢菌作为木质纤维素降解真菌,不仅具有完整的木质纤维素降解酶系,而且还拥有全基因组基因敲除突变体库,是研究丝状真菌纤维素酶表达分泌和木质纤维素降解机制的优秀体系。近年来,国内外利用粗糙脉孢菌系统,在木质纤维素降解机制方面取得了显著进展,包括纤维素酶信号传导、调控以及生物质降解后糖的转运利用等。笔者就相关方面的进展进行综述,并对利用粗糙脉孢菌研究木质纤维素降解利用进行展望,总结和分析木质纤维素降解机制研究的国际前沿动态,有助于加深本领域研究人员对真菌体系纤维素降解机制的理解。     

粗糙脉孢菌中甾醇还原酶基因erg24对麦角甾醇合成的影响

粗糙脉孢菌为子囊菌中的高效纤维素降解菌,可以直接以纤维素为营养源进行生长。本研究以粗糙脉孢菌为实验对象,利用基因工程技术构建甾醇还原酶基因erg24的高表达菌株,分别以蔗糖、麦麸、玉米秸秆、小麦秸秆、杨树木屑、水稻秸秆6种物质的粉末为碳源培养野生型粗糙脉孢菌和erg24高表达菌株,利用半定量RT-PCR测定在不同培养条件下erg2、erg24和erg6 3个麦角甾醇合成相关基因的表达水平,采用HPLC方法测定不同培养条件下麦角甾醇的积累量。研究结果表明,分别以玉米秸秆、杨树木屑、水稻秸秆这3种粉末为碳源时,培养物中的erg2、erg24和erg6 3个基因表达量较高。在不同培养条件下erg24高表达菌株合成麦角甾醇量显著高于野生型粗糙脉孢菌的合成量,且以杨树木屑粉末为碳源培养时,所获得的麦角甾醇产量最高,为30.53μg/mg。结果表明erg24基因是粗糙脉孢菌合成麦角甾醇的关键基因之一,利用玉米秸秆、小麦秸秆、杨树木屑或水稻秸秆粉末为碳源培养粗糙脉孢菌时,可获得较高产量的麦角甾醇。研究结果为以农业废弃物为营养源,利用真菌生产麦角甾醇奠定了基础。     

形成素结合蛋白调节粗糙脉孢菌菌丝极性生长发育

微丝骨架在真菌菌丝极性生长中具有重要的功能,而其动态解聚 聚合特性是其实现功能的前提.形成素作为肌动蛋白结合蛋白,是微丝骨架动态调控因子之一,而形成素结合蛋白对于形成素发挥功能非常关键,但是对其在真菌极性生长发育中的功能还未见报道.本文以丝状真菌粗糙脉孢菌为材料,利用同源重组基因敲除技术,通过电击转化、分生孢子过膜以及PCR鉴定的方法,获得了形成素结合蛋白基因缺失突变菌株（FBPKO）.进一步利用平板生长方法并结合细胞壁染色对突变菌株的表型进行分析. 结果显示, 与野生型相比,在分生孢子接种后24 h内突变菌株FBPKO的菌丝生长明显减慢且分支异常.这些结果表明, 形成素结合蛋白调节着粗糙脉孢菌菌丝早期的极性生长发育.