Transcriptome analysis of a taxol-producing endophytic fungus Cladosporium cladosporioides MD2
- 作者
- Li-Yun Miao, Xin-Chun Mo, Xiao-Yuan Xi, Lan Zhou, Ge De, You-Sheng Ke, Pan Liu, Fa-Jun Song, Wen-Wen Jin, Peng Zhang
- 单位
- Hubei Provincial Key Laboratory for Protection and Application of Special Plants in Wuling Area of China, Key Laboratory of State Ethnic Affairs Commission for Biological Technology, College of Life Science, South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074, China; School of Life Science, Wuchang University of Technology, Wuhan 430074, China; School of Life Science and Technology, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China; School of Applied Technology, Lijiang Teacher College, Lijiang 674100, China
- 杂志
- AMB Express（2018）
- DOI
- 10.1186/s13568-018-0567-6
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
产紫杉醇内生真菌C. cladosporioides MD2的分子信息几乎完全缺乏，阻碍了对真菌紫杉醇生物合成机制的理解，需要发现紫杉醇相关基因并揭示其生物合成机制。
研究策略
利用Illumina RNA-seq技术对C. cladosporioides MD2进行转录组测序，经Trinity从头组装获得unigenes，通过Nr、Nt、Swiss-Prot、Pfam、GO、KOG、KEGG等多数据库注释，结合RT-PCR验证，分析潜在紫杉醇生物合成通路。
核心内容
该研究首次对产紫杉醇内生真菌Cladosporium cladosporioides MD2进行了转录组测序，以揭示其紫杉醇生物合成的分子基础。研究者利用Illumina RNA-seq技术获得约1.77 Gbp的clean reads，经Trinity从头组装得到16,603个unigenes（平均长度1110 bp，N50为1894 bp），其中75.16%的unigenes在至少一个数据库中获得注释。通过GO和KEGG分析，鉴定了9个与萜类骨架生物合成相关的unigenes，以及40个参与从香叶基香叶基二磷酸（GGPP）到10-去乙酰巴卡亭III（10-DAB）生物合成步骤的候选基因，包括紫杉二烯合酶（TS）、紫杉二烯5α-羟化酶（T5αH）、紫杉二烯13α-羟化酶（T13αH）和紫杉烷2α-O-苯甲酰转移酶（TBT）的同源基因。值得注意的是，未检测到DBAT、BAPT和DBTNTB同源基因，这可能解释了连续传代后紫杉醇产量从800 μg/L降至5-7 μg/L、10-DAB从120 μg/L降至50 μg/L的现象。该研究还预测了一条从GGPP到10-DAB的部分紫杉醇生物合成途径，并发现了一个由T13αH和TBT参与的可能新分支。这些结果为深入理解真菌紫杉醇生物合成机制和后续代谢工程改造奠定了基础。
创新点
首次对产紫杉醇内生真菌C. cladosporioides MD2进行转录组测序；预测了一条从GGPP到10-DAB的部分紫杉醇生物合成途径，并发现由T13αH和TBT参与的一个可能的新分支。
研究对象（12）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Cladosporium cladosporioides MD2 | 萜类骨架生物合成 | AACT | 乙酰-CoA C-乙酰转移酶 | 催化 | unigenes c12899_g1, c8934_g1 |
| Cladosporium cladosporioides MD2 | 萜类骨架生物合成 | HMGS | 羟甲基戊二酰-CoA合酶 | 催化 | unigene c13511_g1 |
| Cladosporium cladosporioides MD2 | 萜类骨架生物合成 | HMGR | 羟甲基戊二酰-CoA还原酶 | 催化 | unigene c14615_g1 |
| Cladosporium cladosporioides MD2 | 萜类骨架生物合成 | MK | 甲羟戊酸激酶 | 催化 | unigene c12988_g1 |
| Cladosporium cladosporioides MD2 | 萜类骨架生物合成 | MDD | 二磷酸甲羟戊酸脱羧酶 | 催化 | unigene c10355_g1 |
| Cladosporium cladosporioides MD2 | 萜类骨架生物合成 | IPI | 异戊烯基二磷酸δ-异构酶 | 催化 | unigene c11713_g1 |
| Cladosporium cladosporioides MD2 | 萜类骨架生物合成 | FDPS | 法尼基二磷酸合酶 | 催化 | unigene c10023_g1 |
| Cladosporium cladosporioides MD2 | 萜类骨架生物合成 | GGPPS | 香叶基香叶基二磷酸合酶 | 催化 | unigene c1886_g1 |
| Cladosporium cladosporioides MD2 | 紫杉醇生物合成（GGPP至10-DAB） | TS | 紫杉二烯合酶 | 催化 | unigene c11040_g1 |
| Cladosporium cladosporioides MD2 | 紫杉醇生物合成（GGPP至10-DAB） | T5αH | 紫杉二烯5α-羟化酶 | 催化 | 21个unigenes |
| Cladosporium cladosporioides MD2 | 紫杉醇生物合成（GGPP至10-DAB） | T13αH | 紫杉烷13α-羟化酶 | 催化 | 17个unigenes |
| Cladosporium cladosporioides MD2 | 紫杉醇生物合成（GGPP至10-DAB） | TBT | 2α-羟基紫杉烷2-O-苯甲酰转移酶 | 催化 | unigene c5600_g1 |
关键发现
- 转录组测序获得约1.77 Gbp clean reads，从头组装成16,603个unigenes（平均长度1110 bp，N50 1894 bp）
- 12,479个unigenes（75.16%）至少在一个数据库注释成功，1593个在全部七个数据库注释
- GO分析将8425个unigenes归入57个功能组，KEGG将3350个unigenes归入262条通路
- 发现9个与萜类骨架生物合成相关的unigenes和40个参与GGPP到10-DAB生物合成步骤的unigenes，其中包括1个TS同源unigene（c11040_g1）、21个T5αH同源unigenes、17个T13αH同源unigenes和1个TBT同源unigene（c5600_g1）
- 未检测到DBAT、BAPT和DBTNTB同源基因，这可能解释了连续传代后紫杉醇产量从800 μg/L降至5-7 μg/L（10-DAB从120 μg/L降至50 μg/L）的原因。
研究结论
本研究首次提供了C. cladosporioides MD2的转录组资源，揭示了其潜在的新颖的10-脱乙酰-2-去苯甲酰浆果赤霉素III生物合成分支，并提供了TS、T5αH、T13αH和TBT等候选基因，为深入研究真菌紫杉醇生物合成机制奠定了基础。