植物内生真菌无花果拟盘多毛孢的基因组及次级代谢研究

发布时间：2017-04-26 09:00

  本文关键词：植物内生真菌无花果拟盘多毛孢的基因组及次级代谢研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：植物内生真菌因其特殊的生境成为天然产物的重要来源。茶树上分离到的一株内生真菌无花果拟盘多毛孢可以产生大量结构新颖的次级代谢产物,其中生物学活性良好的化合物有望成为药物的先导化合物。但是,无花果拟盘多毛孢作为典型的植物内生菌,其内生生存策略及产生丰富次级代谢产物的机制尚不清楚。本研究以茶树内生真菌无花果拟盘多毛孢为研究对象,通过基因组及转录组测序,利用生物信息学和分子生物学方法,系统解析了植物内生菌的内生生存策略、次级代谢产物多样性机制及重要次级代谢产物调控机制,主要研究结果如下： 1.无花果拟盘多毛孢基因组特征。该菌基因组大小为52Mb,编码15,413个基因。转座子含量仅占基因组的1.54%,而重复诱导点突变发生的次数很高。该菌基因组和已测序的参考子囊菌相比有更多的多基因家族,而多数的旁系同源基因的氨基酸序列的一致性低于80%。 2.无花果拟盘多毛孢内生生存策略的基因组基础。该菌基因组编码的碳水化合物活性酶数量多且种类丰富,其中参与果胶降解的蛋白家族和其他菌相比发生了显著的扩张并且大多都可分泌到胞外,据此推测内生菌可以利用宿主植物细胞间有限的果胶作为营养。该菌中的转运蛋白家族和参考菌株相比发生了扩张,这将提高其适应有限营养生态位以及与宿主交流的能力。 3.无花果拟盘多毛孢基因组揭示其丰富的次级代谢产物。基因组分析表明该菌基因组编码了97个次级代谢的骨架基因,其中多数的基因分布在74个基因簇。推测的双烯加成反应酶和其他参考菌株相比也发生了扩张。聚酮合酶基因的多样性很高,这种多样性可能来源于基因的水平转移和复制。 4.重要次级代谢产物的代谢调控机制。该菌中bZIP转录因子敲除突变株和野生型菌株相比对氧化剂叔丁基过氧化氢、偶氮二甲苯和甲基萘醌亚硫酸氢钠较抗而对过氧化氢则较敏感。在正常条件和氧化胁迫条件培养时,PfzipA突变株和野生型菌株中一些化合物的产量明显不同,表明转录因子PfzipA通过对氧化胁迫的应答途径调控次级代谢。 无花果拟盘多毛孢的基因组数据,为认识植物内生菌的内生生活方式和内生菌次级代谢多样性提供了理论依据；同时也为将来研究次级代谢产物合成的途径和调控、新化合物的挖掘以及内生真菌与宿主的互作等提供数据支持。
【关键词】：内生菌 无花果拟盘多毛孢 基因组 次级代谢
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S182
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 引言9-24
• 1.1 真菌的生存策略9-11
• 1.1.1 腐生9
• 1.1.2 捕食9-10
• 1.1.3 共生10
• 1.1.4 寄生10
• 1.1.5 植物内生10-11
• 1.2 植物内生真菌11-14
• 1.2.1 植物内生真菌研究简史11-12
• 1.2.2 植物内生真菌的种类12
• 1.2.3 植物内生真菌的内生生存机制研究进展12-13
• 1.2.4 植物内生真菌的次级代谢产物13-14
• 1.3 真菌组学是解决真菌生存策略及次级代谢的有效手段14-16
• 1.3.1 真菌组学与生存策略15-16
• 1.3.2 真菌组学与次级代谢16
• 1.4 次级代谢产物合成的途径及其调控16-21
• 1.4.1 次级代谢产物的合成途径16-18
• 1.4.2 次级代谢的调控18-21
• 1.5 拟盘多毛孢属的研究进展21-23
• 1.5.1 拟盘多毛孢属的生物学21
• 1.5.2 拟盘多毛孢属真菌的次级代谢21-22
• 1.5.3 无花果拟盘多毛孢的研究进展22-23
• 1.6 本研究的目的与意义23-24
• 第二章 无花果拟盘多毛孢基因组的基本特征24-37
• 2.1 材料与方法24-27
• 2.1.1 试验材料24-25
• 2.1.2 基因组测序与组装25
• 2.1.3 基因预测与功能注释25-26
• 2.1.4 转座子(TE)和重复诱导点突变(RIP)的分析26
• 2.1.5 交配型基因分析26
• 2.1.6 直系基因预测及系统发育分析26-27
• 2.1.7 多基因家族分析及蛋白家族进化27
• 2.2 结果与分析27-35
• 2.2.1 无花果拟盘多毛孢基因组测序与组装27-28
• 2.2.2 无花果拟盘多毛孢基因组特征28-29
• 2.2.3 无花果拟盘多毛孢的交配型预测29-31
• 2.2.4 无花果拟盘多毛孢的多基因家族分析31-33
• 2.2.5 蛋白家族进化分析33-35
• 2.3 讨论35
• 2.4 小结35-37
• 第三章 无花果拟盘多毛孢内生生存策略的研究37-58
• 3.1 材料与方法37-39
• 3.1.1 试验材料37-38
• 3.1.2 无花果拟盘多毛孢的GFP标记38-39
• 3.1.3 无花果拟盘多毛孢在茶树内的定殖39
• 3.1.4 碳水化合物活性酶(CAZyme)分析39
• 3.1.5 转运蛋白的分析39
• 3.1.6 效应蛋白的分析39
• 3.1.7 细胞色素P450的分析39
• 3.2 结果与分析39-56
• 3.2.1 无花果拟盘多毛孢在茶树内的定殖39-40
• 3.2.2 无花果拟盘多毛孢基因组编码的碳水化合物活性酶40-48
• 3.2.3 转运蛋白家族的扩张48-50
• 3.2.4 无花果拟盘多毛孢编码的分泌组和效应子50-54
• 3.2.5 细胞色素P450单氧化酶的分析54-56
• 3.3 讨论56-57
• 3.4 小结57-58
• 第四章 无花果拟盘多毛孢次级代谢产物丰富的基因组基础58-67
• 4.1 材料与方法58-60
• 4.1.1 试验材料58
• 4.1.2 次级代谢基因及其基因簇的注释58
• 4.1.3 无花果拟盘多毛孢的转录组分析58-59
• 4.1.4 聚酮合酶基因结构域预测及其进化分析59
• 4.1.5 双烯加成酶的鉴定和系统发育59-60
• 4.2 结果与分析60-65
• 4.2.1 无花果拟盘多毛孢合成次级代谢产物的潜力60-62
• 4.2.2 无花果拟盘多毛孢次级代谢基因簇的转录组分析62
• 4.2.3 无花果拟盘多毛孢中聚酮合酶基因的进化62-64
• 4.2.4 推测的双烯加成反应酶基因64-65
• 4.3 讨论65-66
• 4.4 小结66-67
• 第五章 无花果拟盘多毛孢的转录因子PfzipA对次级代谢及活性氧胁迫的调控67-87
• 5.1 材料与方法67-78
• 5.1.1 试验材料67-69
• 5.1.2 大肠杆菌转化及质粒提取69-70
• 5.1.3 酵母菌感受态制备转化及质粒提取70
• 5.1.4 农杆菌感受态的制备及转化70-71
• 5.1.5 Southern blot分析71-73
• 5.1.6 无花果拟盘多毛孢基因组中转录因子PfbzipA的鉴定及生物信息学分析73
• 5.1.7 PfbzipA基因表达分析73-74
• 5.1.8 PfbzipA基因敲除突变株的构建74-76
• 5.1.9 PfbzipA突变株的氧化胁迫76-77
• 5.1.10 PfbzipA突变株的HPLC分析77
• 5.1.11 数据处理77-78
• 5.2 结果与分析78-85
• 5.2.1 无花果拟盘多毛孢基因组中转录因子PfbzipA的鉴定78-79
• 5.2.2 PfbzipA基因表达分析79
• 5.2.3 PfbzipA敲除突变株的构建79-81
• 5.2.4 PfbzipA突变株对氧化胁迫的应答81-82
• 5.2.5 PfbzipA基因对次级代谢的影响82-84
• 5.2.6 氧化胁迫时PfbzipA基因对次级代谢的影响84-85
• 5.3 讨论85-86
• 5.4 小结86-87
• 第六章 结论87-89
• 参考文献89-102
• 致谢102-104
• 作者简历104
• 发表论文104

【参考文献】

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本文编号：328102