A novel IncRNA as a positive regulator of carotenoid biosynthesis in Fusarium
- 作者
- Obdulia Parra-Rivero, Javier Pardo-Medina, Gabriel Gutiérrez, M. Carmen Limón, Javier Avalos
- 杂志
- Scientific Reports（2020）
- DOI
- 10.1038/s41598-020-57529-2
- 所属领域
- 代谢工程
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解决的核心问题
在镰刀菌中鉴定并功能表征一个新型长链非编码RNA（lncRNA）carP，并揭示其作为类胡萝卜素生物合成正调控因子的作用机制。
研究策略
通过比较转录组分析、序列保守性分析、基因敲除与表型鉴定、RT-qPCR表达分析等方法，研究carP对类胡萝卜素合成基因及调控基因carS表达的影响。
研究路线图
核心内容
该研究在尖孢镰刀菌和藤仓赤霉中鉴定并功能表征了一个新型长链非编码RNA（lncRNA）carP，首次证明其在镰刀菌类胡萝卜素生物合成中发挥正调控作用。通过比较转录组分析、序列保守性分析、基因敲除及RT-qPCR等方法，研究者发现Fo-carP长1195 bp，Ff-carP长1357 bp，两者序列一致性达75–80%。敲除carP导致菌株白化，carRA和carB的mRNA水平下降约100倍，类胡萝卜素积累严重受损：尖孢镰刀菌ΔcarP突变体在光照下仅含痕量类胡萝卜素，而藤仓赤霉ΔcarP突变体无论光照或黑暗都只产生痕量色素，野生型光照下含量约为黑暗的10倍。此外，carP缺失使carS mRNA水平在尖孢镰刀菌中明显升高，提示carP可能通过调控carS的表达或功能来激活类胡萝卜素结构基因。该发现揭示了lncRNA在真菌次级代谢中的新调控机制，为代谢工程改造类胡萝卜素生产提供了潜在靶点。
创新点
首次在镰刀菌属中功能鉴定一个与类胡萝卜素生物合成相关的lncRNA；发现carP通过尚未明确的机制正向调控carS上游的结构基因表达，且其功能独立于蛋白编码。
研究对象（12）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Fusarium oxysporum | 类胡萝卜素生物合成 | carP | — | 调控 | 长链非编码RNA，正调控类胡萝卜素基因表达（Fo-carP） |
| Fusarium fujikuroi | 类胡萝卜素生物合成 | carP | — | 调控 | 长链非编码RNA，正调控类胡萝卜素基因表达（Ff-carP） |
| Fusarium oxysporum; Fusarium fujikuroi | 类胡萝卜素生物合成 | carS | CarS | 调控 | RING-finger蛋白，负调控类胡萝卜素基因表达 |
| Fusarium oxysporum; Fusarium fujikuroi | 类胡萝卜素生物合成 | carRA | CarRA | 催化 | 双功能八氢番茄红素合成酶/胡萝卜素环化酶 |
| Fusarium oxysporum; Fusarium fujikuroi | 类胡萝卜素生物合成 | carB | CarB | 催化 | 八氢番茄红素脱氢酶 |
| Fusarium oxysporum; Fusarium fujikuroi | 类胡萝卜素生物合成 | carT | CarT | 催化 | 托鲁烯裂解双加氧酶 |
| Fusarium oxysporum; Fusarium fujikuroi | 类胡萝卜素生物合成 | carD | CarD | 催化 | 醛脱氢酶 |
| Fusarium oxysporum; Fusarium fujikuroi | 类胡萝卜素生物合成 | carX | CarX | 催化 | 胡萝卜素加氧酶 |
| Fusarium oxysporum; Fusarium fujikuroi | 类胡萝卜素生物合成 | carO | CarO | 转运 | 光驱动质子泵视紫红质，使用视黄醛作为生色团 |
| Fusarium oxysporum; Fusarium fujikuroi | 类胡萝卜素生物合成的光调控 | wcoA/wc1 | WcoA/Wc1 | 调控 | 白领蛋白光受体，调控光诱导的类胡萝卜素合成 |
| Fusarium oxysporum; Fusarium fujikuroi | 类胡萝卜素生物合成的光调控 | cryD | CryD | 调控 | DASH型隐花色素光受体 |
| Fusarium oxysporum; Fusarium fujikuroi | 类胡萝卜素生物合成的光调控 | vvdA | VvdA | 调控 | Vivid同源光受体蛋白 |
关键发现
- 在F. oxysporum和F. fujikuroi中鉴定到约1 kb的lncRNA carP（Fo-carP长1195 bp，Ff-carP长1357 bp），两者序列一致性为75–80%
- carP的转录水平在carS突变体中升高。敲除Fo-carP或Ff-carP导致菌株白化，carRA和carB mRNA水平下降约100倍，类胡萝卜素积累严重受损：F. oxysporum ΔcarP突变体在光照下仅含痕量类胡萝卜素，而野生型在光照下大量积累
- F. fujikuroi ΔcarP突变体在光照和黑暗中均只有痕量类胡萝卜素，而野生型光照下类胡萝卜素含量比黑暗增加约10倍。此外，ΔcarP突变体中carS mRNA水平在F. oxysporum中明显升高（在F. fujikuroi中轻微升高）。
研究结论
Fo-carP和Ff-carP是调控性lncRNA，对于镰刀菌类胡萝卜素基因的活跃表达是必需的，可能通过控制carS基因的功能或表达起作用；这是镰刀菌中lncRNA功能的首次研究。