Identification of a Novel Metabolic Target for Bioactive Triterpenoids Biosynthesis in Ganoderma lucidum
- 作者
- Juan Xu, Yiyi Wang, Yi Zhang, Kehui Xiong, Xiaoyun Yan, Shiyu Ruan, Xueqian Wu
- 单位
- State Key Laboratory of Subtropical Silviculture, Zhejiang A&F University, Lin'an, China; Zhejiang Provincial Key Laboratory of Characteristic Traditional Chinese Medicine Resources Protection and Innovative Utilization, Zhejiang A&F University, Lin'an, China; National Ganoderma lucidum and Tetrastigma hemiscyllanum Industrial Innovation Alliance, Zhejiang A&F University, Lin'an, China; Zhejiang Wuyangtang Pharmaceutical Co., Ltd., Lishui, China
- 杂志
- Frontiers in Microbiology（2022）
- DOI
- 10.3389/fmicb.2022.878110
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
灵芝三萜是灵芝的重要活性成分，但含量低，限制了其工业应用，亟需新的代谢工程策略提高其生物合成量。
研究策略
通过MeJA诱导分析，从灵芝中鉴定出响应茉莉酸信号的bHLH转录因子GlbHLH5，并在灵芝中开展同源过表达和RNA干扰沉默实验，验证其对三萜生物合成的调控作用。
核心内容
本研究从灵芝中鉴定出一个响应茉莉酸甲酯（MeJA）信号的bHLH转录因子GlbHLH5，并系统验证了其作为三萜生物合成正调控因子的功能。该基因cDNA全长1008 bp，编码约36.58 kDa蛋白，MeJA处理4小时后其表达量升至对照的2倍，同时显著促进三萜积累。通过同源过表达和RNA干扰沉默实验，发现过表达GlbHLH5的三株转基因灵芝三萜含量分别提高45%、37%和21%，且关键酶基因HMGR、SQS和LS的表达量最高分别达野生型的3.16、3.23和2.62倍；而沉默该基因后三株菌株三萜含量分别降低24%、31%和19%，关键酶基因表达显著下调。结果表明GlbHLH5通过协同激活MVA途径中HMGR、SQS和LS等关键酶基因的转录来促进三萜积累，是一个响应茉莉酸信号的新型正调控因子。该发现为灵芝三萜的代谢工程改良提供了新的靶点，也为其他药用真菌中活性萜类化合物的调控机制研究提供了参考。
创新点
首次鉴定出灵芝bHLH转录因子GlbHLH5作为三萜生物合成的正调控因子和新型代谢靶点，并证明其通过协同激活HMGR、SQS和LS等关键酶基因的表达来促进三萜积累。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 灵芝（Ganoderma lucidum CGMCC5.26） | 三萜生物合成途径（MVA途径） | GlbHLH5 | GlbHLH5转录因子 | 调控 | bHLH转录因子，正调控三萜生物合成 |
| 灵芝（Ganoderma lucidum CGMCC5.26） | 三萜生物合成途径（MVA途径） | HMGR | HMG-CoA还原酶 | 催化 | 甲羟戊酸途径关键酶，催化HMG-CoA转化为甲羟戊酸 |
| 灵芝（Ganoderma lucidum CGMCC5.26） | 三萜生物合成途径（MVA途径） | SQS | 鲨烯合酶 | 催化 | 催化两分子法尼基焦磷酸生成鲨烯 |
| 灵芝（Ganoderma lucidum CGMCC5.26） | 三萜生物合成途径（MVA途径） | LS | 羊毛甾醇合酶 | 催化 | 催化鲨烯环化为羊毛甾醇，是甾醇和三萜合成的分支点关键酶 |
关键发现
- GlbHLH5 cDNA全长1008 bp，编码约36.58 kDa蛋白。MeJA诱导4h后GlbHLH5表达量为对照的2倍，并显著提高三萜积累。过表达GlbHLH5使三株转基因灵芝的三萜含量分别提高45%、37%和21%，HMGR、SQS、LS表达量最高分别达野生型的3.16、3.23和2.62倍
- 沉默GlbHLH5使三株沉默株系的三萜含量分别降低24%、31%和19%，关键酶基因表达显著下调。
研究结论
GlbHLH5是响应茉莉酸信号的正调控转录因子，通过激活三萜生物合成途径关键酶基因的协同表达促进灵芝三萜积累，可作为提升灵芝三萜产量的新型代谢工程靶点。