Farnesol-induced hyperbranched morphology with short hyphae and bulbous tips of Coriolus versicolor

作者: Ke-Feng Wang, Chen Guo, Fang Ju, Nadia A. Samak, Guo-Qiang Zhuang, Chun-Zhao Liu
杂志: SCIENTIFIC REPORTS（2018）
DOI: 10.1038/s41598-018-33435-6
所属领域: 发酵工程
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解决的核心问题

法尼醇在担子菌云芝中诱导形态变化的机制及其对漆酶分泌的影响

研究策略

通过外源添加法尼醇处理云芝，结合形态观察（光学显微镜、SEM）、氧化应激水平测定（ROS、GSSG）、实时定量PCR基因表达分析和酶活性测定，研究法尼醇对菌丝形态、形态相关基因及漆酶基因表达的影响，并评估其对漆酶分泌的促进作用。

研究路线图

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核心内容

该研究以担子菌云芝为对象，通过外源添加群体感应分子法尼醇，系统探究了其对菌丝形态的调控机制及对漆酶分泌的影响。实验采用光学显微镜和扫描电镜观察形态变化，测定氧化应激指标，并结合实时定量PCR分析形态相关基因和漆酶基因的表达。结果发现，法尼醇处理使云芝菌丝产生短菌丝和球状顶端的超分枝形态，细胞内ROS水平在第4天达到对照的6.5倍，GSSG也相应升高，表明氧化应激是形态转变的关键驱动因素。形态相关基因表达发生显著变化，rhoA上调至2.5倍，hog1降至0.3倍，racA和cftA分别降至0.6和0.5倍，而漆酶基因lcc1、lcc2、lcc3表达峰值分别达5.2、4.1和4.6倍。该形态有利于漆酶高效分泌，胞外漆酶产量最高达2189.2 U/L，是对照的6.8倍，且不影响细胞生长。研究表明法尼醇通过诱导氧化应激调控形态相关基因表达，进而重塑菌丝形态以促进漆酶分泌，为理解担子菌形态调控机制及开发提高工业分泌酶产量的策略提供了新思路。

创新点

1. 首次发现法尼醇诱导担子菌云芝产生具有短菌丝和球状顶端的超分枝形态；2. 阐明法尼醇通过提高氧化应激水平调控形态相关基因（rhoA/racA/cftA/hog1）从而改变形态的机制；3. 证明该形态有利于漆酶高效分泌，胞外漆酶产量较对照提高6.8倍。

研究对象（8）

底盘细胞	代谢通路	基因	蛋白	功能	说明
Coriolus versicolor	形态发生/极性生长	rhoA	RhoA	调控	法尼醇处理后表达上调至2.5倍，促进极性生长位点建立
Coriolus versicolor	形态发生/极性生长	racA	RacA	调控	表达下调至0.6倍，导致肌动蛋白定位缺陷
Coriolus versicolor	形态发生/极性生长	cftA	CftA	调控	表达下调至0.5倍，引起顶端优势丧失
Coriolus versicolor	Hog1 MAPK信号通路	hog1	Hog1	调控	表达下调至0.3倍，解除对rhoA的抑制
Coriolus versicolor	形态发生/菌丝抑制	tup1	Tup1	调控	表达无明显变化
Coriolus versicolor	漆酶合成/氧化应激响应	lcc1	Laccase 1	催化	表达峰值5.2倍
Coriolus versicolor	漆酶合成/氧化应激响应	lcc2	Laccase 2	催化	表达峰值4.1倍
Coriolus versicolor	漆酶合成/氧化应激响应	lcc3	Laccase 3	催化	表达峰值4.6倍

关键发现

胞外漆酶产量最大达2189.2±54.7 U/L，为对照（322.5±14.1 U/L）的6.8倍
胞内漆酶活性提高至9.6±0.3 U/g生物量（对照1.8±0.1 U/g）
胞外蛋白浓度提高至145±6.5 mg/L（对照66.5±2.8 mg/L）
胞外漆酶比活性达15.1±0.8 U/mg蛋白（对照4.9±0.3 U/mg）的3.1倍
第4天细胞内ROS水平为对照的6.5倍，GSSG提高3.5倍
形态相关基因rhoA表达峰值2.5倍，hog1下降至0.3倍，racA、cftA分别下降至0.6和0.5倍
漆酶基因lcc1、lcc2、lcc3表达峰值分别为5.2、4.1、4.6倍
法尼醇不显著影响细胞生长（生物量1.57 vs 1.58 g/L）。

研究结论

法尼醇作为真菌群体感应分子，通过诱导氧化应激调节形态发生相关基因表达，使云芝形成超分枝形态（短菌丝和球状顶端），该形态有利于漆酶的高效合成与分泌，显著提高胞外漆酶产量。本研究为理解担子菌中法尼醇调节菌丝形态的机制及开发提高工业用分泌酶产量的新策略提供了新视角。