草菇碳水化合物活性酶編碼基因在不同基質降解中的表達水平及新型糖苷水解酶GH61家族基因的分子生物學特性研究.pdf

1、草菇（Volv ariella v olv acea）是一種可以利用稻草、廢棉等農業(yè)剩余資源進行人工栽培的大型真菌，其營養(yǎng)價值高味道鮮美深受廣大消費者的喜愛。早期以稻草秸稈為主要原料栽培草菇，其生物學效率低僅為10％～20%，后期改進栽培原料及方式以廢棉進行栽培，其生物學效率提高到25%～40%。草菇生物學效率與其降解栽培基質中木質纖維素類物質密切相關，對草菇中基質降解相關基因進行研究可以為了解栽培基質的組成與基質降解相關基因的表達水平

2、之間的關系提供依據(jù)，為進一步定位基質降解的關鍵基因提供工作基礎。
　　本研究選取草菇菌絲階段，通過基因芯片技術，對生長在稻草秸稈基質和棉纖維基質上草菇菌絲基因表達情況進行分析，重點比較了碳水化合物活性酶（CAZyase）編碼基因的表達水平，發(fā)現(xiàn)GH61家族基因表達活躍，并進一步對其進行生物學特性研究。具體實驗結果如下：
　　1.對稻草和棉花培養(yǎng)基上草菇菌絲的基因表達情況進行分析，在篩選出差異基因后，分別對其進行基因功能和代謝

3、通路分析發(fā)現(xiàn)：（1）基因功能分析方面，稻草基質上高表達基因主要集中在與木質纖維素降解相關基因功能、陽離子結合以及鈣、錳等多種離子的轉運過程；代謝通路方面，基因主要集中在酚類、烯烴類、芳烴化合物等多條異源物質代謝途徑。（2）棉纖維基質上高表達基因主要集中在氧化還原活性上，以及細胞分裂、DN A復制等與生長增殖相關的過程。稻草秸稈成分復雜，草菇表達大量異源物質降解相關基因，可能消耗較多能量，而棉纖維基質上高表達的基因主要與生長等生物過程相關

4、，草菇在棉纖維基質上表達少量的基質降解基因便可以滿足棉花基質上更快生長速度的能量需求。
　　2.對碳水化合物活性酶編碼基因的表達情況進行分析，發(fā)現(xiàn)基因表達情況總體呈現(xiàn)易被利用成分（淀粉等）的相關基因表達活躍，難分解成分（木質纖維素）對應的基因表達水平較低；稻草基質上高表達基因較多，棉纖維基質上高表達基因較少。其中GH61家族基因表達情況特殊，草菇基因組中共發(fā)現(xiàn)30個GH61家族同源基因，在稻草基質上高表達的57個CAZyase編碼

5、基因中GH61基因占11個，棉纖維基質上高表達的8個CAZyase編碼基因中占4個，剩下的15個GH61基因總體上在兩種培養(yǎng)基上都處于相對高表達的狀態(tài)，GH61家族基因在基質利用的過程中可能發(fā)揮著重要的功能。
　　3.對草菇中注釋到的30個GH61家族基因進行生物信息學分析，發(fā)現(xiàn)這些基因存在大量的串聯(lián)重復現(xiàn)象，序列一致性分析發(fā)現(xiàn)30個基因之間的氨基酸序列一致性低，但串聯(lián)基因之間序列一致性高。系統(tǒng)發(fā)育樹和內含子外顯子結構顯示串聯(lián)重復

6、基因聚在系統(tǒng)發(fā)育樹的同一進化枝上，并具有相似的基因結構。基本性質預測方面，30個GH61基因間差異較大，分子量、等電點差別明顯，除含有Glyco_hydro_61功能域外還存在多種功能域。
　　4.對14個真菌物種共174個GH61家族基因分析發(fā)現(xiàn)，不同物種之間GH61基因數(shù)目差異很大，基因串聯(lián)成簇現(xiàn)象在其他物種中也普遍存在，成簇基因具有相近的進化位置。GH61基因在草菇和雙胞蘑菇基因組中有相近的進化關系，兩個物種的GH61基因在