糙皮侧耳bZIP转录因子家族的表达分析及PobZIP3的功能研究

作     者：周园园 

作者单位：中国农业科学院 

学位级别：硕士

导师姓名：邹亚杰

授予年度：2023年

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

主      题：bZIP转录因子 糙皮侧耳 热胁迫反应 生长发育 基因功能 

摘      要：基本亮氨酸拉链转录因子(basic leucine zipper,bZIP)广泛分布在真核生物中,在真菌的生长发育、物质代谢和各种胁迫反应中发挥着重要作用;糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)是我国产量第三的食用菌,农业设施生产中出现的高温严重影响子实体产量和品质,因此对其热胁迫响应和生长发育的研究至关重要;在前期研究中发现其中一个转录因子PobZIP3与PoHSP100互作,推测其可能在糙皮侧耳热胁迫反应中发挥重要作用。因此本研究首先对糙皮侧耳的bZIP转录因子进行系统地鉴定和分析,并在此基础上探究了bZIP3在热胁迫响应中的功能及调控途径,主要研究结果如下:1、在糙皮侧耳中鉴定出11个bZIP转录因子。它们都含有bZIP典型特征结构域,家族基因分布在6条独立的染色体上,它们的理化性质和特征各异,内含子数量从0个到12个不等,蛋白的理论分子量从19.77 KDa到143.07 KDa不等,蛋白主要定位在细胞核和内质网,系统进化分析显示PobZIP分化较晚,顺式作用元件预测发现它们广泛参与各种信号通路,如激素、生长发育、应激反应、代谢调节和转录调节。2、PobZIP家族成员在40℃热胁迫不同时间和子实体发育中有着丰富的表达特征。PobZIP2、PobZIP3、PobZIP7、PobZIP8和PobZIP11在40℃热胁迫后的表达量分别是对照的5.5-37.7倍,对热胁迫的响应较为强烈,PobZIP3、PobZIP4和PobZIP7在孢子中的表达量是菌丝中的3.3-4.7倍,在糙皮侧耳发育中表达量有明显变化,PobZIP3同时参与了对热胁迫的响应和子实体发育,暗示其功能多样且重要。3、PobZIP3基因序列全长为1877 bp,编码区长度为1659 bp,含有5个外显子和4个内含子,编码552个氨基酸,转录激活结构域位于197-494 aa之间,可以结合PoHSP100启动子区的G-box和C-box,转录激活PoHSP100。PobZIP3过表达菌株在35℃热胁迫后平均恢复生长速度比野生型和干扰菌株分别快1.45 mm·d和1.20 mm·d,40℃热胁迫后过表达菌株平均恢复生长速度比野生型和干扰菌株分别快1.50 mm·d和1.33 mm·d,说明PobZIP3正向调节了菌丝在热胁迫后的恢复能力,它在热胁迫响应中发挥的作用的途径可能是通过转录激活PoHSP100的表达来实现的。PobZIP3过表达菌株的现原基平均时间分别比野生型和干扰菌株提前2.0 d和2.7 d,子实体采收平均时间分别比野生型和干扰菌株提前1.4 d和3.0 d,出原基和子实体采收时间显著早于野生型和干扰菌株,过表达菌株平均菇蕾数为7个,比野生型和干扰菌株多2个,过表达菌株的平均菌盖直径比野生型大8 mm,比干扰菌株大2 mm,表明其在糙皮侧耳子实体的发育中发挥了重要功能。4、对野生型、过表达和干扰菌株进行转录组测序,样品的平均Clean Reads为42.74 M,所有样本的Q30均大于94%,有10524个单基因,与参考基因组的比对率大于89%;GO聚类显示DEGs主要聚类在催化活性,碳水化合物代谢过程、细胞外区域、抗氧化活性、应激反应、过氧化物酶活性、肽受体活性和氧化还原酶活性,PobZIP3可能通过调控糖代谢途径、抗氧化酶活性和信号转导途径,增强细胞对热胁迫的耐受性,达到细胞稳态。结论:明确了糙皮侧耳11个PobZIP家族成员的生物信息学特征,以及在热胁迫下和子实体发育中的表达特征;确定了PobZIP3的转录激活特性和在热胁迫和生长发育中的功能,PobZIP3可以增强糙皮侧耳的耐热性,正向调控糙皮侧耳的生长发育,PobZIP3可能影响细胞内的糖代谢和抗氧化活性增强细胞对热胁迫的耐受性。