应用RNAi技术验证灰树花AAP基因功能

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灰树花(Grifola frondosa)是一种食药兼用真菌,子实体中丰富的营养及药用成分颇受消费者喜爱,而菌丝发酵液中酸性成份在植物病原菌生物防治中效果显著。近年来,灰树花全基因组测序结果和功能注释在NCBI网站已有公布,为分子水平研究灰树花功能基因的结构和功能提供了信息资源。但高效改良灰树花遗传体系的技术手段较匮乏,限制了灰树花功能基因的研究。本研究基于灰树花高通量测序,在转录组数据库中初步分析基因数据及功能,依据与氨基酸合成和转运功能筛选确定RNAi(RNA inference)目标基因AAP基因(参与氨基酸、γ-氨基丁酸合成和转运);构建RNAi表达载体侵染灰树花菌株获得转化菌株;应用荧光定量PCR分析转化子目的基因AAP表达差异,结合测量相关代谢指标,确定目的基因沉默效果相关功能。主要结论如下:(1)灰树花转录组测序获得38189个Unigene,在Swissprot数据库中检测到蛋白序列同源12357条;与KEGG数据库比对注释到1832个Unigene,分为20条生物通路;与GO数据库比对注释到12234个Unigene;与COG数据库比对注释到12248个Unigene;还有6261个Unigene在数据库中未得到注释。依据氨基酸合成和转运功能在GO数据库中锚定AAP基因,其产物是一个稳定的亲水性氨基酸转运蛋白,由533个氨基酸残基构成,存在12个跨膜区,含有49.53%的α-螺旋、17.45%的延伸链、2.63%的β-转角和30.39%的无规则卷曲。结合亚细胞定位和跨膜结构区,分析AAP基因产物是存在细胞膜上的跨膜蛋白,推测与氨基酸、γ-氨基丁酸的合成转运相关。(2)依据AAP转录组CDs序列,确定AAP目标序列,设计引物,提取灰树花RNA反转录获得c DNA经PCR获得目标序列。Golden Gate法构建RNAi表达载体,通过电击法将RNAi表达载体转入农杆菌EHA105中,侵染新制备的灰树花原生质体,经潮霉素选择压力筛选出9个抗性菌株。继续培养提取DNA,进行PCR鉴定,最终筛选出1株转化子。(3)对灰树花原始菌株和转化子菌株进行AAP基因的荧光定量PCR检测,结果表明:转化子菌株的AAP基因表达量仅为原始菌株的48.5%,基因表达呈明显下调,干扰效果超过50%。测定菌丝中γ-氨基丁酸含量表明:转化子菌株中γ-氨基丁酸含量减少,与原始菌株差异显著,同时转化子菌株发酵液p H值明显升高;测定菌丝总蛋白质含量表明:转化子菌株胞内总蛋白质含量降低且与原始菌株胞内总蛋白质含量差异极显著;测定菌丝可溶性糖含量表明:转化子菌株中可溶性糖含量明显增加且与原始菌株差异极显著;代谢指标数据变化与荧光定量分析和转录组数据分析结果基本相符。综上所述,RNAi验证灰树花AAP基因产物为氨基酸转运蛋白,在功能上与转运蛋白的合成,γ-氨基丁酸的合成转运相关,进而影响菌株发酵液的p H值,也影响到菌丝可溶性糖的含量。为食用多糖尤其是酸性食用菌多糖的应用积累数据,也为真菌的药用价值在植物病害的生物药剂储备中提供资源。
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