Methyl jasmonate induces ganderic acid biosynthesis in the basidiomycetous fungus Ganoderma lucidum
- 作者
- Ang Ren, Lei Qin, Liang Shi, Xin Dong, Da Shuai Mu, Yu Xiang Li, Ming Wen Zhao
- 单位
- College of Life Sciences, Nanjing Agricultural University, Key Laboratory of Microbiological Engineering of Agricultural Environment, Ministry of Agriculture, Nanjing 210095, Jiangsu Province, PR China
- 杂志
- Bioresource Technology（2010）
- DOI
- 10.1016/j.biortech.2010.03.118
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
首次评估茉莉酸甲酯（MeJA）对灵芝酸（GA）生物合成的诱导作用，并通过均匀设计优化诱导条件，同时探讨其分子机制。
研究策略
采用均匀设计（UD）优化MeJA浓度、添加时间和溶剂；利用定量实时PCR检测GA生物合成途径中关键基因（hmgs、hmgr、mvd、fps、sqs、osc）的转录水平。
研究路线图
核心内容
该研究以灵芝为对象，首次系统评估了茉莉酸甲酯对灵芝酸生物合成的诱导作用，并借助均匀设计优化了诱导条件。实验中考察了MeJA浓度、添加时间及溶剂类型的影响，发现以Tween-20为溶剂、在培养第6天添加254 μM MeJA为最优方案，此时灵芝酸产量达到4.52 mg/100mg干重，较未处理对照提高45.3%；单因素实验中50 μM MeJA亦可使产量提升28.6%。机制层面，定量实时PCR结果显示，MeJA能普遍上调甲羟戊酸途径中hmgs、hmgr、mvd、fps、sqs、osc等关键基因的转录水平，其中最优条件下hmgr和sqs的转录水平约为对照的10倍，mvd、fps和osc约4倍，表明MeJA通过转录激活该生物合成通路来促进灵芝酸积累。该工作首次证明MeJA是灵芝酸合成的有效诱导剂，并展示了均匀设计在培养条件优化中的实用性，为解析灵芝中灵芝酸生物合成的调控机制提供了重要参考。
创新点
首次证明MeJA是灵芝酸生物合成的有效诱导剂；应用均匀设计方法显著提高灵芝酸产量，并系统研究了MeJA对通路基因的转录调控。
研究对象（6）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Ganoderma lucidum | 甲羟戊酸（MVA）途径/灵芝酸生物合成 | hmgs | HMG-CoA合酶 | 催化 | 编码3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A合酶，MeJA诱导后转录上调 |
| Ganoderma lucidum | 甲羟戊酸（MVA）途径/灵芝酸生物合成 | hmgr | HMG-CoA还原酶 | 催化 | 编码3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶，MeJA诱导后转录显著上调（最优条件约10倍） |
| Ganoderma lucidum | 甲羟戊酸（MVA）途径/灵芝酸生物合成 | mvd | 甲羟戊酸-5-焦磷酸脱羧酶 | 催化 | 编码甲羟戊酸-5-焦磷酸脱羧酶，MeJA诱导后转录上调 |
| Ganoderma lucidum | 甲羟戊酸（MVA）途径/灵芝酸生物合成 | fps | 法尼基焦磷酸合酶 | 催化 | 编码法尼基焦磷酸合酶，MeJA诱导后转录上调 |
| Ganoderma lucidum | 甲羟戊酸（MVA）途径/灵芝酸生物合成 | sqs | 鲨烯合酶 | 催化 | 编码鲨烯合酶，MeJA诱导后转录显著上调（最优条件约10倍） |
| Ganoderma lucidum | 甲羟戊酸（MVA）途径/灵芝酸生物合成 | osc | 氧化鲨烯环化酶 | 催化 | 编码氧化鲨烯环化酶，MeJA诱导后转录上调 |
关键发现
- MeJA可显著诱导灵芝酸生物合成，最佳条件为254 μM MeJA溶于Tween-20并于第6天添加，在此条件下灵芝酸产量达4.52 mg/100mg干重（DW），较未处理对照提高45.3%。单因素实验中50 μM MeJA使GA产量比对照提高28.6%。qRT-PCR结果显示：hmgs和mvd在100 μM MeJA时转录水平约为对照2倍
- hmgr在150 μM时约9倍
- sqs和osc在200 μM时约3.5倍和2倍
- fps在100和200 μM时约2.7倍。在最优诱导条件下，hmgr和sqs转录水平约为对照10倍，mvd、fps和osc约4倍。回归方程为Y_GA=3.148-5.9×10^-6*X2^2+0.151*A2*X3-0.258*A2+0.003*X2 (R^2=0.998, F=256.038, p<0.05)。
研究结论
MeJA通过转录水平上调灵芝酸生物合成途径中关键酶基因（hmgs、hmgr、mvd、fps、sqs、osc）来促进灵芝酸合成；均匀设计可有效优化诱导条件，本研究有助于阐明G. lucidum中GA生物合成的表达和调控机制。