高级醇 · 代谢工程文献库

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The pH-responsive transcription factor PacC regulates mycelial growth, fruiting body development, and ganoderic acid biosynthesis in Ganoderma lucidum

作者
Feng-Li Wu, Guang Zhang, Ang Ren, Zhi-Hao Dang, Liang Shi, Ai-Liang Jiang, Ming-Wen Zhao
单位
南京农业大学生命科学学院微生物学系，农业部农业环境微生物工程重点实验室，南京210095，中国
杂志
Mycologia（2017）
DOI
10.3852/16-079
所属领域
代谢工程
关键词
RNA interferencehyphal branchingmacrofungisecondary metabolismsexual developmenttriterpenes
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解决的核心问题

灵芝中pH响应转录因子PacC的功能未知，尤其是其对菌丝生长、子实体发育和灵芝酸生物合成的调控机制。

研究策略

从灵芝中克隆PacC同源基因GIPacC，通过RNAi技术构建沉默菌株，结合不同pH条件下的表型分析、基因表达检测和代谢物定量，系统研究GIPacC的功能。

研究路线图

100%
研究问题：灵芝中PacC转录因子功能未知
策略：克隆GIPacC并构建RNAi沉默菌株
关键改造：GIPacC表达量降低55-75%
关键改造：不同pH下表型与表达分析
结果：pH7生长抑制增加23%，分支间距增75%
结果：灵芝酸含量提高1.35倍，sgs上调3.5倍
结果：Ena1在LiCl下表达显著下调
结论：GIPacC负调控灵芝酸合成
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核心内容

该研究首次在药用真菌灵芝中克隆并鉴定了pH响应转录因子PacC的同源基因GIPacC，该基因编码807个氨基酸，理论分子量86.15 kDa。通过RNAi技术构建沉默菌株，研究者系统分析了GIPacC在不同pH条件下的功能。结果显示，GIPacC在pH 7和pH 10条件下表达量分别上调约25倍和60倍，沉默菌株中其表达量降低55%至75%。表型分析表明，在pH 7时沉默菌株的生长抑制较对照平均增加23%，营养菌丝和气生菌丝的分支间距分别增加约75%和45%，说明GIPacC正调控菌丝分支和生长。代谢物定量发现，沉默GIPacC使灵芝酸含量提高约1.35倍，同时角鲨烯合酶基因sgs和羊毛甾醇合酶基因ls的转录水平分别上调约3.5倍和2.5倍，角鲨烯和羊毛甾醇含量也显著升高，表明GIPacC负调控灵芝酸生物合成。此外，LiCl诱导下Ena1表达显著下调，提示该转录因子还参与离子稳态调控。这些结果揭示了GIPacC在灵芝中整合pH信号与次级代谢的多层次调控网络，为利用该转录因子提高灵芝酸产量提供了新的遗传改造靶点。

创新点

首次在高等担子菌药用真菌灵芝中鉴定并功能研究PacC/Rim101同源物；揭示GIPacC负调控灵芝酸生物合成；阐明GIPacC影响菌丝分支和子实体发育。

研究对象（6）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Ganoderma lucidum (灵芝) pH响应信号通路 (Pal/Rim) GIPacC GIPacC 调控 C2H2锌指转录因子，响应环境pH，调控菌丝生长、子实体发育和灵芝酸合成
Ganoderma lucidum (灵芝) 灵芝酸生物合成/甲羟戊酸(MVA)途径 sgs 角鲨烯合酶 (SQS) 催化 催化法尼基焦磷酸合成角鲨烯，沉默GIPacC后表达上调约3.5倍
Ganoderma lucidum (灵芝) 灵芝酸生物合成/甲羟戊酸(MVA)途径 ls 羊毛甾醇合酶 (LS) 催化 催化角鲨烯环化为羊毛甾醇，沉默GIPacC后表达上调约2.5倍
Ganoderma lucidum (灵芝) 营养吸收/膜转运 GL21866, GL21815, GL19746, GL29937, GL23068 渗透酶 (maltose/amino acid permeases) 转运 糖或氨基酸通透酶，部分基因在酸性pH下表达受GIPacC影响
Ganoderma lucidum (灵芝) 蛋白质降解 GL18287, GL21546 天冬氨酸蛋白酶 催化 GIPacC调控的天冬氨酸蛋白酶基因，在pH 7下GL18287下调约2倍
Ganoderma lucidum (灵芝) 离子稳态 GL29594 Ena1 (P型Na+ ATPase) 转运 参与钠离子转运，在LiCl处理后表达显著下调于沉默菌株

关键发现

  1. GIPacC编码807个氨基酸，理论分子量86.15 kDa
  2. 在pH 7和10条件下表达量分别上调约25倍和60倍
  3. RNAi沉默菌株中GIPacC表达量降低55-75%
  4. pH 7时沉默菌株生长抑制较对照平均增加23%
  5. 沉默菌株营养菌丝分支间距增加约75%，气生菌丝分支间距增加约45%
  6. 灵芝酸含量提高约1.35倍
  7. sgs和ls转录水平分别上调约3.5倍和2.5倍
  8. 角鲨烯和羊毛甾醇含量显著升高
  9. Ena1在LiCl诱导下表达显著下调。

研究结论

GIPacC是灵芝中一个功能性pH响应转录因子，参与菌丝生长、子实体发育和灵芝酸生物合成调控，并负调控灵芝酸产生，为深入研究灵芝及高等担子菌中Pal/Rim信号通路提供基础。