白蚁漆酶相关基因表达的影响

发布时间：2020-07-05 20:49

【摘要】：在自然界中,白蚁和真菌之间存在密切的关系,如共生关系、寄生关系和致病关系。我们的前期研究发现圆唇散白蚁Reticulitermes labralis和黑胸散白蚁Reticulitermes chinensis工蚁会搬运真菌Fibulorhizoctonia sp.放到巢内,而尖唇散白蚁Reticulitermes aculabialis即使发现了菌核也不会将其搬到巢中。为了探究工蚁收集真菌Fibulorhizoctonia sp.的目的,本研究揭示了菌核在白蚁巢中的发育及工蚁取食菌丝的行为;完成了圆唇散白蚁、黑胸散白蚁和尖唇散白蚁工蚁及其肠道微生物的转录组测序,分析这三种散白蚁工蚁降解木质素的酶相关基因的表达;比较巢中有菌核和无菌核存在时,工蚁降解木质素的酶相关基因表达水平的变化,探讨影响白蚁搬运菌核的原因。本研究得到的主要结果和结论包括:1.菌核在白蚁巢中的发育研究发现真菌Fibulorhizoctonia sp.在白蚁巢内不产生新菌核。我们通过观察发现圆唇散白蚁和黑胸散白蚁将真菌Fibulorhizoctonia sp.菌核搬入白蚁巢中,与卵放在一起。我们发现菌核萌发出菌丝,但是菌丝很快消失。表明菌核在白蚁巢中可以萌发菌丝,菌丝被白蚁取食。7个月之后,我们发现菌核被工蚁丢弃在巢中各处,并被工蚁用排泄物包裹起来。菌核只剩棕色的外壳,内部的菌丝完全消失,菌核整体呈现中空的状态。2.白蚁取食菌丝的实验表明工蚁将菌核搬入巢中是为了取食菌核萌发的菌丝。将萌发菌丝的菌核放在黑胸散白蚁巢中,24h后菌核萌发的菌丝数量减少。在圆唇散白蚁巢中同时放入萌发菌丝的菌核和由菌丝组成的菌丝球,发现工蚁大多数时间都围着菌丝球,很少去菌核所在的地方。将萌发菌丝的菌核使用刚果红溶液进行染色之后,将其放入圆唇散白蚁巢中。24h后,工蚁的腹部肠道内出现明显的红色。这些实验结果表明白蚁会取食菌丝,取食菌丝可能是白蚁将菌核从巢外搬去巢中的原因。3.对这三种散白蚁工蚁及其肠道微生物进行转录组测序,每个转录组的数据量都超过了11G。尖唇散白蚁工蚁(R.aculabialis worker,RAW)组装出208,242个Unigene,黑胸散白蚁工蚁(R.chinensis worker,RCW)组装出242,801个Unigene,圆唇散白蚁工蚁(R.labralis worker,RLW)组装出274,060个Unigene。三种散白蚁工蚁转录组通过BLASTX程序比对四大数据库(Nr、Swissprot、KEGG和KOG),RAW注释到71,838个Unigene,RCW注释到97,257个Unigene,RLW注释到83,709个Unigene。转录组分析发现这三种散白蚁降解木质素的酶都仅有漆酶。在RAW中,我们发现4个漆酶相关基因表达;在RCW中有9个漆酶相关基因表达;在RLW中有9个漆酶相关基因表达。4.qRT-PCR分析10个漆酶相关基因在这三种散白蚁工蚁中的差异表达。结果显示,其中8个漆酶基因在尖唇散白蚁中比其他两种散白蚁的表达水平显著高(P0.05),尖唇散白蚁漆酶基因的相对表达水平最高是圆唇散白蚁的28倍,是黑胸散白蚁的25倍。仅有2对漆酶相关基因在尖唇散白蚁的表达量介于另外两种散白蚁工蚁表达量之间。因此,尖唇散白蚁体内用于木质素降解的酶基因表达水平高于圆唇散白蚁和黑胸散白蚁。5.巢内有菌核和没有菌核时,工蚁体内12个漆酶基因的表达水平的差异。研究发现圆唇散白蚁巢中有真菌Fibulorhizoctonia sp.存在时工蚁11个漆酶基因的表达水平显著高于巢中没有菌核的工蚁(P0.05),其中laccase 1(Unigene 0023066)基因在有菌核时,在工蚁的表达水平是没有菌核时的3.6倍;仅1个漆酶基因的表达水平在巢内有菌核和没有菌核时在工蚁体内没有显著性差异。在黑胸散白蚁中,当巢中有菌核存在时,工蚁10个漆酶基因的表达水平显著高于巢中没有菌核的工蚁(P0.05),其中laccase1(Unigene 0041878)基因在有菌核时,在工蚁的表达水平是没有菌核时的5.4倍;有2个漆酶基因在巢内有菌核和没有菌核时在工蚁体内没有显著性差异。综上所述,真菌Fibulorhizoctonia sp.对圆唇散白蚁和黑胸散白蚁是有利的。推测这两种散白蚁由于自身分泌的降解木质素的酶不足以满足需要,才会取食菌核萌发的菌丝来提高降解木质素的效率。而不同种白蚁对真菌Fibulorhizoctonia sp.的利用能力不同。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q93
【图文】：

木质素,基本结构

然后使用相应的水解酶将纤维丝水解，接下来分解纤维素的酶才能作用到将其分解[47,48]。因此，要想降解纤维素，首先要降解木质素，而木质素化学结杂，再加上其不溶于水的特性，难以被降解，因此纤维素的利用率也大大降低木质素是木质纤维素的组成成分，在自然界中含量非常丰富[49,50]。木质素醇（Coniferyl alcohol）、香豆醇（P-Coumaryl alcohol）和芥子醇（Sinapy alc不同的芳香族单体，是苯丙烷单元通过碳碳键和醚键构成（图 1）。木质素是物，不溶于水，是植物细胞壁的重要成分[51,52]，增强植物机体的机械强度，抵利因素对植物的影响，例如抵御病虫害的侵袭和不良天气等[53]。纤维素是葡萄子聚合物[5]，最小的重复基团是纤维二糖[54]，既不溶于水，也不溶于一般有机维素分子之间以氢键进行连接，比较稳定，是植物细胞壁的重要组成成分（图纤维素是一类物质的总称，由五碳糖和六碳糖构成的高分子聚合物[55]，属于异（图 3）。半纤维素是亲水性的，使植物细胞壁更有弹性。除此之外，半纤维于碱性溶液，在酸性溶液中也比纤维素更容易水解，降解难度相对较小。

半纤维素,氢键,分子

图 2 纤维素的结构[55]Figure 2 The structure of cellulose维素各个分子之间用氢键连接ydrogen bonding between individual molecules of cellulose图 3 半纤维素的种类结构[55]Figure 3 Type structure of hemicellulose

半纤维素,后肠,木质纤维素,白蚁

图 3 半纤维素的种类结构[55]Figure 3 Type structure of hemicellulose附注 3：半纤维素是五碳糖和六碳糖构成的聚合物Note 3: Hemicellulose is a polymer composed of five carbon sugars and six carbon sugars.1.4.2 白蚁及其肠道微生物降解木质纤维素白蚁消化道包括前肠，中肠和后肠（图 4）。前肠主要对食物进行粉碎研磨和的消化，中肠负责营养物质的吸收，后肠吸收食物残渣中的水和无机盐，同时后肠氏管一起组成排泄系统。此外，低等白蚁和一些高等白蚁后肠内有丰富的共生微生与木质纤维素的降解[56]。根据木质纤维素的成分，需要相应的酶来降解各个成分。纤维素的系统如图所示（图 5），内切-β-1,4-葡聚糖酶（endo-β-1,4-glucanase）将长机切断变成短链；外切-β-1,4-葡聚糖酶（exo-β-1,4-glucanase）作用于纤维素链的双以两个葡萄糖分子为单位，将其水解变成葡萄糖单体或者纤维二糖；β-葡萄糖

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