Ornithine Decarboxylase-Mediated Production of Putrescine Influences Ganoderic Acid Biosynthesis by Regulating Reactive Oxygen Species in Ganoderma lucidum
- 作者
- Chen-Gao Wu, Jia-Long Tian, Rui Liu, Peng-Fei Cao, Tian-Jun Zhang, Ang Ren, Liang Shi, Ming-Wen Zhao
- 单位
- Key Laboratory of Agricultural Environmental Microbiology, Ministry of Agriculture, Nanjing Agricultural University, Nanjing, Jiangsu, People's Republic of China; Department of Microbiology, College of Life Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing, Jiangsu, People's Republic of China
- 杂志
- Applied and Environmental Microbiology（2017）
- DOI
- 10.1128/AEM.01289-17
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
阐明鸟氨酸脱羧酶（ODC）介导的腐胺产生如何通过调控活性氧（ROS）影响灵芝酸（GA）的生物合成
研究策略
从灵芝中克隆ODC同源基因，利用RNAi技术构建ODC沉默菌株，测定腐胺含量、ROS水平、抗氧化酶基因表达和酶活性，以及GA及其前体含量，并通过外源添加腐胺和ROS清除剂NAC验证调控关系
核心内容
该研究以灵芝为对象，首次在大型担子菌中探究鸟氨酸脱羧酶（ODC）介导的腐胺产生对灵芝酸（GA）生物合成的影响。通过RNAi技术获得ODC沉默菌株ODCi3和ODCi4，其ODC转录水平分别下降88%和94%，腐胺含量降低约67%和79%，同时GA含量分别增加约46%和43%，羊毛甾醇和角鲨烯含量也显著上升。机制层面，ODC沉默导致细胞内ROS水平升高约1.4倍，H₂O₂含量上调约60%，并伴随抗氧化酶基因表达的重编程：CAT2和SOD4转录上调，APX和GPX转录下调，CAT和SOD活性升高而GPX活性下降。外源添加1 mM腐胺或ROS清除剂NAC可将GA及中间产物水平恢复至野生型，并下调hmgr、sqs、osc转录。结果表明ODC通过腐胺调控ROS稳态，进而负向调节灵芝酸积累，为利用ROS信号促进灵芝酸高产提供了新靶点。
创新点
首次在大型担子菌中研究ODC和腐胺对次级代谢的影响，揭示了ODC通过调控ROS影响灵芝酸生物合成的机制
研究对象（11）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Ganoderma lucidum | 多胺生物合成 | ODC (GL17083-R1) | 鸟氨酸脱羧酶 | 催化 | 催化鸟氨酸脱羧生成腐胺，沉默后腐胺含量显著下降 |
| Ganoderma lucidum | ROS代谢 | CAT1 | 过氧化氢酶 | 催化 | ODC沉默菌株中转录水平无显著变化 |
| Ganoderma lucidum | ROS代谢 | CAT2 | 过氧化氢酶 | 催化 | ODC沉默菌株中转录水平上调约72%和56% |
| Ganoderma lucidum | ROS代谢 | SOD1 | 超氧化物歧化酶 | 催化 | ODC沉默菌株中转录水平无显著变化 |
| Ganoderma lucidum | ROS代谢 | SOD2 | 超氧化物歧化酶 | 催化 | ODC沉默菌株中转录水平无显著变化 |
| Ganoderma lucidum | ROS代谢 | SOD4 | 超氧化物歧化酶 | 催化 | ODC沉默菌株中转录水平上调约30%和55% |
| Ganoderma lucidum | ROS代谢 | APX | 抗坏血酸过氧化物酶 | 催化 | ODC沉默菌株中转录水平下调约54%和60%，活性无显著变化 |
| Ganoderma lucidum | ROS代谢 | GPX | 谷胱甘肽过氧化物酶 | 催化 | ODC沉默菌株中转录水平下调约55%和50%，活性下降约51%和47% |
| Ganoderma lucidum | 甲羟戊酸通路（灵芝酸生物合成） | hmgr | 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶 | 催化 | ODC沉默菌株中转录上调约120%和77%，NAC处理后可回降 |
| Ganoderma lucidum | 甲羟戊酸通路（灵芝酸生物合成） | sqs | 角鲨烯合酶 | 催化 | ODC沉默菌株中转录上调约62%和91%，NAC处理后可回降 |
| Ganoderma lucidum | 甲羟戊酸通路（灵芝酸生物合成） | osc | 羊毛甾醇合酶 | 催化 | ODC沉默菌株中转录上调约44%和30%，NAC处理后可回降 |
关键发现
- ['ODC沉默菌株ODCi3和ODCi4的ODC转录水平分别下降88%和94%，腐胺含量分别下降约67%和79%', '外源8 mM H2O2和3.5 mM KO2处理后，ODC转录水平分别增加1.3倍和3.4倍
- ODCi3和ODCi4的相对生长抑制在H2O2下分别增加约100%和87%，在KO2下分别增加约110%和90%', 'ODCi3和ODCi4的灵芝酸含量分别增加约46%和43%，羊毛甾醇含量分别增加约67%和55%，角鲨烯含量分别增加约76%和64%', 'ODCi3和ODCi4的ROS荧光值分别上调约1.44倍和1.39倍，H2O2含量分别上调约65%和60%', 'ODCi3和ODCi4中CAT2转录分别上调约72%和56%，SOD4上调约30%和55%，APX下调约54%和60%，GPX下调约55%和50%
- CAT活性分别增加约38%和23%，SOD活性分别增加约16%和12%，GPX活性分别下降约51%和47%', '外源1 mM腐胺可使ODC沉默菌株的GA、羊毛甾醇、角鲨烯和ROS水平恢复至野生型水平
- 5 mM NAC（ROS清除剂）处理亦可恢复GA水平，并下调hmgr、sqs、osc的转录']
研究结论
ODC及其介导的腐胺产生通过调节细胞内ROS水平影响灵芝酸的生物合成；沉默ODC导致腐胺减少、ROS升高，进而促进灵芝酸积累，外源腐胺或ROS清除剂可逆转这一效应