外源诱导子对灵芝甾醇生物合成途径及相关基因的调控作用研究

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灵芝(Ganoderma lucidum)是传统名贵的大型药用真菌,具有非常高的药用及保健价值。灵芝甾醇是灵芝中重要的活性成分,但关于灵芝活性成分的研究,大多集中在灵芝多糖和三萜类成分,甾醇类成分很少引起关注。药理研究表明灵芝甾醇抗肿瘤、抗炎、抗病毒等活性突出,是灵芝发挥药效的重要物质基础。虽然目前已从灵芝中分离鉴定出多种甾醇成分,但甾醇类成分含量极低,大大限制灵芝药效的发挥和新产品开发,阻碍了灵芝产业的高质量发展,提高灵芝甾醇类成分的含量对提升灵芝品质和灵芝产业发展具有重要意义。因此,针对灵芝甾醇类成分含量低,且从人工栽培灵芝子实体获取灵芝甾醇类成分不仅成本高且破坏生态环境等问题,本论文采用水杨酸(SA)、硝普钠(SNP)和过氧化氢(H2O2)3种外源诱导子调控提高生物发酵灵芝中甾醇类成分,并优化3种外源诱导子的最佳诱导条件。同时,考察3种外源诱导子对灵芝甾醇生物合成途径相关基因的调控模式,为工业化大规模发酵制备灵芝甾醇提供理论指导。本文取得的主要研究结果如下:(1)不同发酵培养方式对灵芝甾醇的生物合成影响较大,在静置、振荡以及振荡-静置二阶段发酵3种培养方式中,振荡培养灵芝甾醇含量最高,显著高于静置培养和振荡-静置二阶段培养,可能的原因是不同培养方式下溶氧情况不同,灵芝甾醇发酵对氧气需求较高。(2)外源诱导子SA能够显著诱导灵芝甾醇的生物合成,且SA对灵芝甾醇的诱导调控呈现出浓度效应和时间效应。在10-200μM浓度范围内,灵芝甾醇含量随SA浓度升高先增加后降低,SA浓度为150μM时灵芝甾醇含量达到最高。SA添加时间优化结果表明在发酵培养第1天添加SA灵芝甾醇含量最高。荧光定量PCR测定SA对灵芝甾醇合成途径关键酶基因转录的影响,结果表明SA不同浓度、不同诱导时间下各基响应SA诱导情况不同,在150μM最佳诱导浓度下EGR11、ERG2和ERG4被SA上调最为显著,在不同诱导时间各基因对SA诱导均有响应,但不同基因响应情况不同,SA诱导12 h时ERG3、ERG5显著上调,诱导24 h时ERG2显著上调,诱导60 h时SQS、LS显著上调,诱导72 h时ERG4、ERG6、ERG11显著上调。(3)NO作为一种信号分子,能诱导许多生理及代谢反应。本文考察了NO供体硝普钠(SNP)对灵芝甾醇合成的影响,结果表明SNP能显著提高灵芝甾醇含量,对SNP诱导条件进行优化,得到SNP最佳诱导条件为:1.5μM SNP,在灵芝发酵第1d添加。SNP不同浓度、不同诱导时间对灵芝甾醇合成途径关键酶基因诱导调控模式各不相同,在1.5μM最佳诱导浓度下LS和EGR11被SNP上调最为显著,SA不同诱导时间下灵芝甾醇合成途径关键酶基因均有响应,诱导2 h时ERG3显著上调,诱导36 h时ERG5、ERG6显著上调,诱导60 h时ERG4、ERG11显著上调,诱导72h时SQS、LS显著上调。(4)氧化应激是介导微生物次生代谢发生的重要途径,本文考察了氧化应激激活剂H2O2对灵芝甾醇合成的影响,发现H2O2能显著提高灵芝甾醇的生物合成,当H2O2浓度为50μM,在发酵第3d添加时灵芝甾醇含量达到最高。荧光定量PCR测定结果表明H2O2不同浓度、不同诱导时间下灵芝甾醇合成途径关键酶基因的响应情况不同,在50μM最佳诱导浓度下,EGR11、ERG2和ERG4被H2O2上调最为显著,H2O2诱导不同时间灵芝甾醇合成途径关键酶基因的响应变化不同,当诱导2 h时HMGR、ERG2、ERG3、ERG4、ERG11显著上调,诱导24 h时ERG5显著上调。综上所述,3种外源诱导子SA、SNP(NO)、H2O2均能显著诱导灵芝甾醇的生物合成,且均呈现出浓度效应和时间效应。同时,3种外源诱导子对灵芝甾醇合成途径关键酶基因具有诱导调控作用,但不同诱导子的诱导调控模式不同,具有潜在的协同调控作用。
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