草菇数字基因表达谱揭示同核体与异核体CAZymes表达差异

作     者：贵甫 

作者单位：福建农林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢宝贵

授予年度：2012年

学科分类：09[农学] 0902[农学-园艺学] 090202[农学-蔬菜学] 

主      题：草菇 碳水化合物活性酶 同核体 异核体 数字基因表达谱 

摘      要：草菇(Volvariella volvacea)为草腐真菌，在热带和亚热带地区是一种重要的食用真菌。草菇野生种多生长在稻草等草本植物上。而生产中，多以稻草或废棉等富含纤维素、半纤维素的材料为基质进行草菇栽培。草菇降解木质纤维素的能力是提高草菇在木质纤维素基质上的产值的主要限制因素。本研究基于Illunina/Solexa新一代测序技术，报道了草菇同核体菌株PYd15和PYd21及异核体菌株H1521的数字基因表达谱(3 -tag digital gene expression，DGE)。结合本实验室先前完成的草菇基因组和转录组测序数据，本论文研究了草菇基因组内碳水化合物活性酶(Carbohydrate-Active Enzyme, CAZymes)家族及纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶子家族，分析比较了12种生物质降解真菌基因组内的CAZymes家族情况。并在此基础上，初步探索了草菇同核体与异核体菌株CAZymes编码基因的差异表达，以待阐明其与生物学效率变化之间的关系。 通过CAZy数据库(Carbohydrate-Active Enzyme database)，草菇基因组注释到192个糖苷水解酶（glycoside hydrolase, GH）、44个糖基转移酶(glycosyltransferase, GT)、19个多糖裂解酶(polysaccharide lyase, PL)和31个糖酯酶(carbohydrate esterase, CE)。研究表明，草菇基因组内的CAZymes家族规模大于多数生物质降解真菌。在本研究分析的12种生物质降解真菌基因组中，草菇CAZymes家族规模位居第四，仅次于构巢曲霉(Aspergillus nidulans)、裂褶菌(Schizophyllum commune)和灰盖鬼伞(Coprinopsis cinerea)。在所分析的8种担子菌中，草菇基因组内的GH、PL和CE编码基因都多于其平均值（161,8,24）。但是其GT编码基因略低于平均值（65）。对8种担子菌的主要木质纤维素降解酶家族进行双聚类分析。结果显示，草菇富含降解果胶、半纤维素和纤维素的酶类编码基因。在所分析的担子菌中，草菇含有最多的植物细胞壁多糖降解相关基因。草菇基因组尤其富含GH10（降解半纤维素）和GH43（降解半纤维素和果胶）的成员，以及PL1、PL3和PL4的成员（降解果胶）。 利用DGE，本研究分析比较了同核体菌株PYd15和PYd21及异核体菌株H1521的全基因表达情况。30845个参考基因中，54.47%至少在一个菌株内有表达。同时，各菌株所特异表达的基因都较少。这表明，各菌株内特异表达基因所受的调控将更加严格。为了鉴定三菌株间的基因差异表达，共筛选出6465个差异表达基因。在DGE测序的三个草菇菌株中，分析比较其CAZymes表达情况。结果显示，至少在一个菌株内表达的CAZymes编码基因共有246个。其中，共表达基因有177个。与同核体PYd15相比，异核体H1521上调表达的CAZymes编码基因有21个;与同核体PYd21相比，H1521上调表达的CAZymes编码基因有40个。研究表明，与同核体菌株相比，草菇异核体菌株的生物质降解能力具有明显的优势。 本研究中，我们分析比较了草菇基因组和目前已经发表基因组序列的11种生物质降解真菌的CAZymes家族及相应的果胶酶、半纤维素酶和纤维素酶子家族。并分析比较了草菇同核体与异核体CAZymes的差异表达情况。在草菇基因组与转录组测序的支持下，通过高通量测序和生物信息学分析，研究了草菇CAZymes家族基因的表达情况，进一步探究了草菇同核体与异核体基因表达谱与核型之间的关系，以待解释CAZymes编码基因差异表达与同核体与异核体之间的关系，为深入理解草菇CAZymes家族和生物质降解机理奠定理论基础。