草菇碳水化合物活性酶編碼基因在不同基質(zhì)降解中的表達(dá)水平及新型糖苷水解酶GH61家族基因的分子生物學(xué)特性研究.pdf

1、草菇（Volv ariella v olv acea）是一種可以利用稻草、廢棉等農(nóng)業(yè)剩余資源進(jìn)行人工栽培的大型真菌，其營養(yǎng)價(jià)值高味道鮮美深受廣大消費(fèi)者的喜愛。早期以稻草秸稈為主要原料栽培草菇，其生物學(xué)效率低僅為10％～20%，后期改進(jìn)栽培原料及方式以廢棉進(jìn)行栽培，其生物學(xué)效率提高到25%～40%。草菇生物學(xué)效率與其降解栽培基質(zhì)中木質(zhì)纖維素類物質(zhì)密切相關(guān)，對草菇中基質(zhì)降解相關(guān)基因進(jìn)行研究可以為了解栽培基質(zhì)的組成與基質(zhì)降解相關(guān)基因的表達(dá)水平

2、之間的關(guān)系提供依據(jù)，為進(jìn)一步定位基質(zhì)降解的關(guān)鍵基因提供工作基礎(chǔ)。
　　本研究選取草菇菌絲階段，通過基因芯片技術(shù)，對生長在稻草秸稈基質(zhì)和棉纖維基質(zhì)上草菇菌絲基因表達(dá)情況進(jìn)行分析，重點(diǎn)比較了碳水化合物活性酶（CAZyase）編碼基因的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)GH61家族基因表達(dá)活躍，并進(jìn)一步對其進(jìn)行生物學(xué)特性研究。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
　　1.對稻草和棉花培養(yǎng)基上草菇菌絲的基因表達(dá)情況進(jìn)行分析，在篩選出差異基因后，分別對其進(jìn)行基因功能和代謝

3、通路分析發(fā)現(xiàn)：（1）基因功能分析方面，稻草基質(zhì)上高表達(dá)基因主要集中在與木質(zhì)纖維素降解相關(guān)基因功能、陽離子結(jié)合以及鈣、錳等多種離子的轉(zhuǎn)運(yùn)過程；代謝通路方面，基因主要集中在酚類、烯烴類、芳烴化合物等多條異源物質(zhì)代謝途徑。（2）棉纖維基質(zhì)上高表達(dá)基因主要集中在氧化還原活性上，以及細(xì)胞分裂、DN A復(fù)制等與生長增殖相關(guān)的過程。稻草秸稈成分復(fù)雜，草菇表達(dá)大量異源物質(zhì)降解相關(guān)基因，可能消耗較多能量，而棉纖維基質(zhì)上高表達(dá)的基因主要與生長等生物過程相關(guān)

4、，草菇在棉纖維基質(zhì)上表達(dá)少量的基質(zhì)降解基因便可以滿足棉花基質(zhì)上更快生長速度的能量需求。
　　2.對碳水化合物活性酶編碼基因的表達(dá)情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)基因表達(dá)情況總體呈現(xiàn)易被利用成分（淀粉等）的相關(guān)基因表達(dá)活躍，難分解成分（木質(zhì)纖維素）對應(yīng)的基因表達(dá)水平較低；稻草基質(zhì)上高表達(dá)基因較多，棉纖維基質(zhì)上高表達(dá)基因較少。其中GH61家族基因表達(dá)情況特殊，草菇基因組中共發(fā)現(xiàn)30個(gè)GH61家族同源基因，在稻草基質(zhì)上高表達(dá)的57個(gè)CAZyase編碼

5、基因中GH61基因占11個(gè)，棉纖維基質(zhì)上高表達(dá)的8個(gè)CAZyase編碼基因中占4個(gè)，剩下的15個(gè)GH61基因總體上在兩種培養(yǎng)基上都處于相對高表達(dá)的狀態(tài)，GH61家族基因在基質(zhì)利用的過程中可能發(fā)揮著重要的功能。
　　3.對草菇中注釋到的30個(gè)GH61家族基因進(jìn)行生物信息學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)這些基因存在大量的串聯(lián)重復(fù)現(xiàn)象，序列一致性分析發(fā)現(xiàn)30個(gè)基因之間的氨基酸序列一致性低，但串聯(lián)基因之間序列一致性高。系統(tǒng)發(fā)育樹和內(nèi)含子外顯子結(jié)構(gòu)顯示串聯(lián)重復(fù)

6、基因聚在系統(tǒng)發(fā)育樹的同一進(jìn)化枝上，并具有相似的基因結(jié)構(gòu)。基本性質(zhì)預(yù)測方面，30個(gè)GH61基因間差異較大，分子量、等電點(diǎn)差別明顯，除含有Glyco_hydro_61功能域外還存在多種功能域。
　　4.對14個(gè)真菌物種共174個(gè)GH61家族基因分析發(fā)現(xiàn)，不同物種之間GH61基因數(shù)目差異很大，基因串聯(lián)成簇現(xiàn)象在其他物種中也普遍存在，成簇基因具有相近的進(jìn)化位置。GH61基因在草菇和雙胞蘑菇基因組中有相近的進(jìn)化關(guān)系，兩個(gè)物種的GH61基因在