【摘 要】
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木质纤维素降解真菌可向胞外分泌大量降解酶以此协同作用降解生物质,这一自然属性已被用于工业木质纤维素酶的开发与生产。真菌细胞在合成和分泌纤维素酶时伴随内质网应激,目前
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木质纤维素降解真菌可向胞外分泌大量降解酶以此协同作用降解生物质,这一自然属性已被用于工业木质纤维素酶的开发与生产。真菌细胞在合成和分泌纤维素酶时伴随内质网应激,目前从基因组维度对这一整合途径的了解还很少。本研究以纤维素降解模式丝状真菌粗糙脉孢菌作为研究对象,结合转录组学分析以及基因突变体筛选,系统对粗糙脉孢菌木质纤维素酶分泌条件下内质网应激及非折叠蛋白反应的分子机制进行了深入研究。 通过分析低强度以及高强度内质网应激RNA-seq数据,766个基因被鉴定为粗糙脉孢菌木质纤维素酶分泌条件下内质网应激靶基因(ESRTs),其中223和186个基因表达分别受非折叠蛋白反应(UPR)途径核心激酶/核酸酶IRE-1以及转录因子HAC-1调控。766个内质网应激靶基因中的527个具有对应的纯合基因敲除突变体,系统筛选显示其中249个能对内质网应激药物DTT表现出生长敏感表型,其中100个基因功能未知。通过对比粗糙脉孢菌与酿酒酵母内质网应激转录组数据,发现粗糙脉孢菌能在应激条件下显著提高菌丝顶端生长相关生理途径,例如内吞以及维持胞内钙离子稳态等等。进一步研究UPR途径对纤维素酶分泌影响发现,在粗糙脉孢菌中敲除ire-1或hac-1并不影响纤维素酶基因转录水平的诱导表达,但会显著影响纤维素酶分泌。通过转录组剖析ire-1和hac-1的基因功能发现,两者主要调控分泌途径相关基因,并不直接介导分泌应激引起的转录抑制(RESS)。全基因组水平分析粗糙脉孢菌266个转录因子在内质网应激条件下的动态变化发现33个转录因子显著上调,6个转录因子显著下调。上调的33个转录因子中,20个对应的基因敲除突变体能够对内质网应激药物表现出生长敏感表型,其中包括了已知的UPR调控因子HAC-1和CPC-1。下调的6个转录因子中包含了核心纤维素酶调控因子CLR-2与XLR-1,暗示其可能直接介导了RESS的发生。系统筛选这些转录因子的纤维素酶分泌表型鉴定出3个新的转录因子(RES-1,RES-2和RRG-2)影响木质纤维素酶分泌。△res-1相比野生型能提高30%的纤维素酶分泌量,而△res-2与△rrg-2则降低约30%。转录组分析这三个转录因子发现其功能与调控木质纤维素酶分泌以及内质网应激反应相关。此外,本研究还鉴定了一个新的转录因子RES-3。虽然RES-3是里氏木霉ACE1和构巢曲霉SltA/StzA的序列同源蛋白,但却不具备抑制纤维素酶基因表达或维持离子稳态的功能。转录组分析发现RES-3通过调控DNA修复以及胞内自噬途径来拮抗内质网应激。 综上所述,本研究以粗糙脉孢霉为研究对象,系统探讨了丝状真菌模型中纤维素酶合成与内质网应激途径间的复杂相互作用,为纤维素酶工业菌株改造奠定了理论基础。
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