寡孢节丛孢中亲和性cAMP磷酸二酯酶功能的初步研究

发布时间：2020-08-13 06:06

【摘要】：磷酸二酯酶(Phosphodiesterases,PDEs)在细胞信号转导过程中发挥重要作用,其能够水解胞内第二信使cAMP(环磷酸腺苷),从而终止cAMP所参与的信号转导途径的功能。目前,在大多数真菌中报道的磷酸二酯酶家族包含了高亲和性磷酸二酯酶(pde2/pdeH)和低亲和性磷酸二酯酶(pdel/pdeL),它们在真菌的营养菌丝生长和致病性发育过程中发挥了重要的调控作用。捕食线虫真菌的代表菌株-寡孢节丛孢(Arthrobotrys oligospora)在饥饿条件下产生三维菌网(three-dimensional networks)作为捕食器官捕捉线虫为自身生长获取营养,但是捕食器官形成的信号调控机制还不清楚。本论文以寡孢节丛孢中与构巢曲霉等丝状真菌同源的高亲和性磷酸二酯酶(AoPdeH,AOL s00083g160)和低亲和性磷酸二酯酶(AoPdeL,AOL s00097g378)为研究对象,对磷酸二酯酶编码基因进行敲除,探究磷酸二酯酶在寡孢节丛孢营养菌丝生长和致病性发育过程中所发挥的功能。主要实验结果:1.磷酸二酯酶的功能结构域和聚类分析对寡孢节丛孢两种磷酸二酯酶的功能结构域分析表明,AoPdeH含有以下的保守结构域和位点:3'5'-环核苷酸磷酸二酯酶超家族结构域(IPR036971)、磷酸二酯酶结构域(IPR003607)、3'5'-环核苷酸磷酸二酯酶催化结构域(IPR002073)和3'5'-环核苷酸磷酸二酯酶保守位点(IPR023174);AoPdeL也含有多个保守结构域,包括是富含亮氨酸的重复结构域超家族(IPR032675)、核糖核酸酶Z/羟基酰基谷胱甘肽水解酶样(IPR036866)和cAMP磷酸二酯酶结构域(IPR000396)。聚类分析表明,AoPdeH和AoPdeL分别聚类于2个不同进化分支上,由此可以初步推断这两个蛋白在真菌中可能发挥着不同的作用。2.磷酸二酯酶敲除突变株的营养菌丝生长、抗逆性和致病性分析利用同源重组技术对两种磷酸二酯酶编码基因进行敲除,成功获得两种磷酸二酯酶基因的敲除突变株,对突变株的菌丝形态、生长速率、抗逆境胁迫能力、杀线虫能力、胞外蛋白酶活性以及三维菌网形态和数量进行了统计比较。结果发现AoPdeH基因的缺失造成其突变株生长速率显著减慢、气生菌丝出现缺陷、菌丝横膈膜增多且发生膨大变形、对环境压力敏感性增强,除此之外,ΔAoPdeH突变株失去形成成熟三维菌网的能力,杀线虫能力显著降低但并没有完全丧失杀线虫能力,对其发酵液进行蛋白酶活性分析,发现突变株胞外蛋白酶活性没有明显变化。然而,ΔAoPdeL突变株的生长速率、抗逆境胁迫能力与寡孢节丛孢野生型菌株相比没有显著差异,杀线虫能力和产生三维菌网数量有所下降,菌丝形态有膨大变形现象。以上实验结果表明AoPdeH参与了寡孢节从孢的菌丝生长、抗逆性和致病性发育相关的生物学过程的调控。3.磷酸二酯酶参与产孢过程的调控产孢量比较发现,ΔAoPdeH突变株分生孢子产量仅为野生型菌株孢子产量的2～6%,ΔAoPde 突变株的分生孢子产量与野生型菌株相比无显著差异。光学显微镜观察发现,两种磷酸二酯酶基因突变株孢子形态皆发生变形,变得狭长无横膈膜,除此之外ΔAoPdeH突变株分生孢子梗的数量明显少于野生型菌株,且孢子梗上几乎没有孢子着生,ΔAoPdeL突变株分生孢子梗数量及孢子着生方式与寡孢节丛孢野生型菌株相比无明显差异。为进一步探讨磷酸二酯酶对产孢的调控作用,选取13个产孢调控基因在产孢初期(3 days)、产孢中期(5 days)和孢子成熟期(7 days)进行荧光定量PCR分析,结果表明,ΔAoPdeH突变株13个产孢调控基因中FlbA、Acr1、FluG、VelB、NsdD、FlbC、PkaC1、Plp1、AbaA、LreA和LreB的转录水平皆下调,而在分生孢子产量与野生型菌株没有明显差异的ΔAoPdeL突变株中,13个产孢调控基因的转录水平与野生型菌株相比无明显变化。以上实验结果表明AoPdeH参与了寡孢节丛孢的产孢过程的调控。4.磷酸二酯酶参与寡孢节丛孢菌丝内cAMP水平调控通过酶联免疫法测定突变株营养菌丝生长和致病性发育过程中不同时间点的菌丝内cAMP含量,结果表明,在所选取的所有时间点ΔAoPdeH敲除株和ΔAoPdeL敲除株菌丝内cAMP含量均高于寡孢节丛孢野生型菌株。为进一步分析磷酸二酯酶对cAMP水平的调控机制,选取16个磷酸二酯酶上下游的关键基因以及参与调节cAMP含量的相关基因进行荧光定量PCR(RT-PCR)分析,其中cAMP受体样蛋白和cAMP反应原件结合蛋白、腺苷酸环化酶表达量发生了明显变化(在菌丝生长发育期间显著上调,致病性发育期间显著下调),说明磷酸二酯酶可能通过调控上述基因的表达水平从而参与寡孢节丛孢cAMP含量的调节。本文的创新点:1.首次在寡孢节丛孢中成功敲除了磷酸二酯酶家族的蛋白编码基因,发现AoPdeH参与寡孢节从孢营养菌丝生长、无性产孢、抗逆境胁迫压力、捕食器官形成和菌丝内cAMP含量调节等重要生物学过程的调控。2.通过RT-PCR比较了AoPdeH、AoPdeL、分生孢子发育调控以及cAMP合成等相关基因在ΔAoPdeH突变株、ΔAoPdeL突变株和野生型菌株中不同时间点的转录水平变化,推测磷酸二酯酶参与寡孢节丛孢中分生孢子的发育以及cAMP合成等相关基因的表达调控。
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q78
【图文】：

捕器,信号传导,真核生物,细胞外

在大部分真核生物中异源三聚体Ｇ蛋白的信号传导是通过利用ｃＡＭＰ邋（ｃｙｃｌｉｃ逡逑ＡＭＰ）作为第二信使来介导细胞外刺激从而对细胞内下游信号传导组分的转导［２５］。逡逑己经发现ｃＡＭＰ信号级联的组分（图１－３）在各种真菌中是高度保守的信号传导模逡逑块，其影响和调节真核生物在生长、发育和形态发生过程中的一系列基本细胞过逡逑程。而响应配体刺激的ＧＰＣＲ，通过膜锚定的腺苷酸环化酶形成了许多空间分离的逡逑ｃＡＭＰ产生源头，在响应于细胞外刺激后，在整个细胞中就有多个ｃＡＭＰ源点被逡逑激活，导致ｃＡＭＰ的稳态水平的逐渐积累，在达到临界阈值浓度时，ｃＡＭＰ可以逡逑进一步激活几种重要的效应物（最重要的是ＰＫＡ

信号通路,中高度,真菌,信号传导

逡逑图１－２寡孢节丛孢捕器形成的调控模型［１３１逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｔｒａｐ邋ｆｏｒｍａｔｉｏｎ逡逑３邋ｃＡＭＰ信号级联研究进展逡逑在大部分真核生物中异源三聚体Ｇ蛋白的信号传导是通过利用ｃＡＭＰ邋（ｃｙｃｌｉｃ逡逑ＡＭＰ）作为第二信使来介导细胞外刺激从而对细胞内下游信号传导组分的转导［２５］。逡逑己经发现ｃＡＭＰ信号级联的组分（图１－３）在各种真菌中是高度保守的信号传导模逡逑块，其影响和调节真核生物在生长、发育和形态发生过程中的一系列基本细胞过逡逑程。而响应配体刺激的ＧＰＣＲ，通过膜锚定的腺苷酸环化酶形成了许多空间分离的逡逑ｃＡＭＰ产生源头，在响应于细胞外刺激后，在整个细胞中就有多个ｃＡＭＰ源点被逡逑激活，导致ｃＡＭＰ的稳态水平的逐渐积累，在达到临界阈值浓度时，ｃＡＭＰ可以逡逑进一步激活几种重要的效应物（最重要的是ＰＫＡ，一种ｃＡＭＰ依赖性蛋白激酶Ａ），逡逑进而介导广泛的下游生理效应［２６１逡逑４逡逑

比对分析,磷酸二酯酶,结构域,核苷酸

Ｃｏｍｐｕｔｅ邋ｐＩ／Ｍｗ邋ｔｏｏｌ分析表明，ＡｏＰｄｅＨ蛋白的相对分子质量和等电点分另（Ｊ为逡逑８５．３邋ｋＤａ和６．３７。利用Ｉｎｔｅｒｐｒｏｓｃａｎ和ＢＬＡＳＴ对寡孢节丛孢ＡｏＰｄｅＨ蛋白的结构逡逑域进行了分析，结果如下（图２－１、２），其含有一个３’５＇－环核苷酸磷酸二酯酶超家逡逑族结构域（ＩＰＲ０３６９７１）、一个磷酸二酯酶结构域（ＩＰＲ００３６０７）、一个３’５’－环核逡逑苷酸磷酸二酯酶催化结构域（ＩＰＲ００２０７３）和３’５’－环核苷酸磷酸二酯酶保守位点逡逑（ＩＰＲ０２３１７４）。逡逑Ｐｕｔａｔｉｖｅ邋ｃｏｎｓｅｒｖｅｄ邋ｄｏｍａｉｎｓ邋ｈａｖｅ邋ｂｅｅｎ邋ｄｅｔｅｃｔｅｄ，邋ｃｌｉｃｋ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ｉｍａｇｅ邋ｂｅｌｏｗ邋ｆｏｒ邋ｄｅｔａｉｌｅｄ邋ｒｅｓｕｌｔｓ．逡逑１逦１２５逦２Ｓ？逦３７５逦ｓｏｔ逦６２Ｓ逦ｍ逡逑，邋，逡逑Ｋ？２＋邋ｂｉｎ４ｉｎ？邋ｓｉｔ＊逡逑Ｓｐｅｃｉｆｉｃ邋ｈｉｔｓ逦ＰＤＥａｓｅ＿Ｉ．逡逑Ｓｕｐｅｒｆａｎｉｌｉｅｓ逦ＨＯｃ邋ｓｕｐｅｒ－Ｔａｍｉ邋ｌｙ逡逑图２－１邋ＡｏＰｄｅＨ蛋白的比对分析逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｂｌａｓｔ邋ａ

【参考文献】