Profiling and Quantifying Differential Gene Transcription Provide Insights into Ganoderic Acid Biosynthesis in Ganoderma lucidum in Response to Methyl Jasmonate
- 作者
- Ang Ren, Meng-Jiao Li, Liang Shi, Da-Shuai Mu, Ai-Liang Jiang, Qin Han, Ming-Wen Zhao
- 单位
- Microbiology Department, College of Life Sciences, Nanjing Agricultural University; Key Laboratory of Microbiological Engineering of Agricultural Environment, Ministry of Agriculture, Nanjing, Jiangsu, P.R. China
- 杂志
- PLoS ONE（2013）
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0065027
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
揭示甲基茉莉酸（MeJA）诱导灵芝酸生物合成的调控机制，筛选并解析响应MeJA的差异表达基因及其在发育阶段中的作用。
研究策略
利用cDNA-AFLP技术对MeJA处理的灵芝进行全基因组转录差异筛选，结合qRT-PCR验证关键基因表达模式，并通过KEGG/GO注释和不同发育阶段表达分析构建调控网络。
核心内容
该研究利用cDNA-AFLP技术对甲基茉莉酸处理的灵芝进行了全基因组转录差异筛选，旨在揭示灵芝酸生物合成的调控机制。用64对引物共获得3910个转录片段，其中919个（23.5%）在MeJA诱导下差异表达，703个上调、216个下调。对458个差异片段测序获得390条可靠序列，90个注释为已知功能；KEGG分析显示12个片段参与萜类/甾体等次级代谢途径。qRT-PCR验证25个基因，其中MAPK（TDF013）在MeJA处理后表达量降至对照的0.20倍，而液泡膜蛋白（TDF264）升至3.10倍。发育阶段分析表明，除细胞色素b2在菌丝期表达最高外，其余9个关键基因（包括cAMP依赖性蛋白激酶、MAPK、Rho GTPase、ERG27-3-酮甾醇还原酶等）均在原基期或子实体期表达最高。研究揭示MeJA通过上调甲羟戊酸途径关键基因并调控MAPK、Rho GTPase等信号转导途径促进灵芝酸合成，其中Rho GTPase可能起负调控作用，为灵芝酸的代谢工程改造提供了候选靶点。
创新点
首次在灵芝中大规模应用cDNA-AFLP鉴定MeJA响应转录片段，发现多条参与萜类/甾体合成、MAPK信号、Rho GTPase及囊泡转运等途径的候选基因，揭示了MeJA调控灵芝酸合成的复杂网络。
研究对象（17）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Ganoderma lucidum | 灵芝酸生物合成途径（甲羟戊酸途径） | TDF113 | acetyl-CoA acetyltransferase | 催化 | MeJA诱导上调，参与灵芝酸前体乙酰-CoA代谢 |
| Ganoderma lucidum | 甲羟戊酸途径/甾醇合成 | TDF256 | ERG27-3-keto sterol reductase | 催化 | MeJA诱导上调，与原基期高表达相关 |
| Ganoderma lucidum | 萜类/甾体生物合成 | TDF160, TDF322, TDF355, TDF364 | cytochrome P450 | 催化 | 多个P450基因在MeJA下上调 |
| Ganoderma lucidum | 甲羟戊酸途径 | TDF047 | cytochrome b2 | 催化 | MeJA诱导上调，但在菌丝期表达最高 |
| Ganoderma lucidum | 初级代谢/丙酮酸代谢 | TDF243 | pyruvate carboxylase | 催化 | MeJA诱导上调 |
| Ganoderma lucidum | 初级代谢/糖酵解 | TDF323 | pyruvate kinase | 催化 | MeJA诱导上调 |
| Ganoderma lucidum | 信号转导 | TDF013 | CMGC/MAPK/JNK protein kinase | 调控 | MeJA处理后下调，可能负调控GA合成 |
| Ganoderma lucidum | 信号转导 | TDF165 | Rho small monomeric GTPase | 调控 | MeJA下调，沉默可提高GA含量 |
| Ganoderma lucidum | 信号转导 | TDF040 | cAMP-dependent protein kinase | 调控 | MeJA下调，原基期表达最高 |
| Ganoderma lucidum | 信号转导 | TDF051 | histidine kinase | 调控 | 50μM MeJA时表达最高 |
| Ganoderma lucidum | 信号转导 | TDF052 | protein kinase activator Mob2 | 调控 | 50μM MeJA时最高，原基期高表达 |
| Ganoderma lucidum | 胁迫响应/活性氧清除 | TDF129 | catalase | 催化 | MeJA诱导上调，参与H2O2清除 |
| Ganoderma lucidum | 物质转运 | TDF375 | calcium transporting ATPase | 转运 | MeJA处理后下调 |
| Ganoderma lucidum | 甘油转运 | TDF078 | glycerol uptake facilitator | 转运 | MeJA处理后下调 |
| Ganoderma lucidum | 囊泡/液泡转运 | TDF264 | vacuolar membrane protein | 区室化 | MeJA处理后上调至3.10倍，原基期和子实体期高表达 |
| Ganoderma lucidum | 液泡储存 | TDF360 | vacuole protein | 区室化 | 200μM MeJA时表达最高 |
| Ganoderma lucidum | 能量代谢 | TDF338 | ATP synthase subunit gamma | 能量供给 | MeJA诱导上调 |
关键发现
- 用64对引物共获得3910个转录片段，其中919个（23.5%）在MeJA诱导下差异表达（703个上调、216个下调）。对458个TDF测序得到390条可靠序列，90个注释为已知功能
- KEGG分析显示12个TDF参与萜类/甾体等次级代谢途径。qRT-PCR验证25个基因，其中MAPK（TDF013）在MeJA处理后表达量降至对照的0.20±0.01倍，而vacuolar membrane protein（TDF264）升至3.10±0.12倍。发育阶段分析表明，除cytochrome b2（TDF047）在菌丝期表达最高外，其余9个基因（包括cAMP-dependent protein kinase、aryl-alcohol oxidase、protein kinase activator、ERG27-3-keto sterol reductase、histidine kinase、MAPK、Rho GTPase、vacuolar membrane protein、nucleotide binding protein）均在原基期或子实体期表达最高。
研究结论
MeJA通过上调甲羟戊酸途径关键基因（如乙酰-CoA乙酰转移酶、细胞色素P450、3-酮甾醇还原酶）并调控信号转导（MAPK、Rho GTPase等）和初级代谢（丙酮酸代谢等）来促进灵芝酸生物合成；Rho GTPase可能对灵芝酸合成起负调控作用。