以双核香菇Lentinula edodes菌株中分离获得 2 个亲和的单核体Y0040-1 和Y0040-3 为材料,在不同的培养基上进行培养,进行差异性状评价和表达差异性分析.结果表明在不同的培养基(PDA和 2%木屑PDA)上 2 个单核体菌丝生长速度都存在差异,其中Y0040-1 的生长速度显著高于Y0040-3.进一步分析转录组数据发现,在不同培养基上 2 个单核体比较组(Y0040-3 vs.Y0040-1)有1 633 个共同的差异基因,这些共同变化的基因可能是导致两者性状差异的主要原因,这些基因中共同上调的有 155 个,共同下调的有 136 个.对这些基因进行注释分析,发现共同上调的基因参与代谢过程中的氨基酸代谢和碳水化合物代谢等,分析木质纤维素酶发现,Y0040-1 上调基因数量高于Y0040-3,且Y0040-1 中的纤维素降解酶和木质素降解酶表达量都明显高于Y0040-3.

[背景]广叶绣球菌(Sparassis latifolia)是一种名贵的食用菌,其木质纤维素降解的分子机制尚不明确.[目的]了解广叶绣球菌在不同碳源条件下木质纤维素降解相关基因表达动态.[方法]通过转录组测序技术对分别以葡萄糖、纤维素+木质素、纤维素及松木屑为碳源的广叶绣球菌基因表达谱进行分析.以葡萄糖为碳源的样本为对照,分别对不同碳源下广叶绣球菌显著差异表达的基因进行功能分析.[结果]Gene ontology (Go)富集分析表明,以葡萄糖为碳源的样本为对照,差异表达基因主要富集在碳水化合物利用的过程,如多糖催化过程、碳水化合物催化过程、碳水化合物代谢过程及多糖代谢过程等.碳水化合物活性酶(Carbohydrate-active enzymes,CAZymes)功能注释表明,碳源种类主要影响了半纤维素和纤维素降解相关糖苷水解酶家族基因的表达,其中涉及半纤维素降解的相关酶基因上调幅度最大.同时,在纤维素+木质素、松木屑为碳源的处理组中一些转录因子基因上调表达显著.[结论]不同碳源显著影响了广叶绣球菌基因表达谱,这种对碳源的适应也可能反映了广叶绣球菌攻击植物细胞壁的机制,研究结果为深入了解广叶绣球菌木质纤维素降解的分子机理和相关功能基因提供了一些参考.

多糖是大型藻类、浮游植物和微生物的主要成分,多糖降解产物是海洋有机物的主要来源.碳水化合物活性酶(carbohydrate-active enzymes,CAZymes)是负责糖类化合物降解、修饰及生成糖苷键的功能酶系,是糖类物质代谢通路中的基本功能单元.多数异养细菌都具备一套完善的碳水化合物活性酶编码系统,它们是参与碳水化合物降解的主要驱动力.基于碳水化合物活性酶的种类多样性、结构复杂性和功能特异性,我们对该家族的成员和作用机理还缺乏全局性了解.碳水化合物化学、分子生态学、微生物学和生物信息学的发展使人们对多糖的结构、细菌降解多糖的方式以及碳水化合物活性酶的作用机理有了新的认识.本次综述首先介绍了海洋环境中存在的多糖类别及相应的定性及定量分析方法;其次,总结了碳水化合物活性酶的新增成员以及数据库的现状,讨论了多糖利用位点(polysaccharide utilization loci,PULs)及几种海洋多糖降解的分子机制;最后,提出了一个基于多糖结构复杂性与细菌驱动的降解方式新模型,并对海洋细菌降解多糖与典型生态事件(如藻华)的关系进行了总结.论文旨在全局性地理解碳水化合物活性酶的分子功能与生态意义,为深入认识海洋环境中的碳水化合物代谢提供帮助.

[目的]Pseudomonas boreopolis GO2可以利用木质纤维素类生物质为唯一碳源发酵产微生物絮凝剂.解析菌株GO2的全基因组特征可为利用木质纤维素类生物质定向合成多糖型微生物絮凝剂提供分子基础.[方法]利用Illumina NovaSeq测序平台对菌株GO2进行测序,用SMRT等软件进行基因组组装、系统发育分析、基因预测和功能注释,并与4株近缘模式株进行了比较基因组分析.[结果]菌株GO2基因组大小为4 498 896 bp,GC含量为69.5％,共编码3 906个基因.菌株GO2与Pseudomonas boreopolis JCM 13306的16S rRNA基因相似性、平均核苷酸一致性(average nucleotide identity,ANI)、DNA-DNA 杂交(DNA-DNA hybridization,DDH)值最高,分别为99.93％、98.36％和 88.00％,将菌株 GO2 命名为 Pseudomonas boreopolis GO2.比较基因组分析发现,GO2与4个近缘模式菌株共有2 348个直系同源核心基因,主要参与碳水化合物代谢、氨基酸代谢以及能量代谢等过程,而GO2菌株特有的307个基因主要与转录、复制、修复、细胞壁/膜/包膜的生物发生相关.菌株GO2基因组中含有226个碳水化合物活性酶(carbohydrate-active enzymes,CAZymes)基因,占总基因数的5.79％,包括82个与植物细胞壁降解相关的糖苷水解酶(glycoside hydrolases,GHs)家族基因和由糖基转移酶(glycosyltransferases,GTs)家族基因形成的3个多糖合成基因簇.[结论]根据菌株GO2基因组序列的比对分析,将其命名为Pseudomonas boreopolis GO2,其基因组中包含丰富的植物细胞壁降解酶基因和3个多糖合成基因簇,这些基因可能在菌株GO2直接利用木质纤维素类生物质合成微生物絮凝剂过程中发挥着重要作用.

香菇单核体菌株在传统PDA培养基上生长时具有生长缓慢、容易老化等问题,本研究以1株香菇双核体Y0040以及相对应的2株单核体(Y0040-1和Y0040-3)为研究材料,通过添加不同比例木屑粉的PDA培养基筛选适合香菇单核体生长的配比,结果表明添加木屑能够显著促进单核体菌丝的生长,最适添加比例为2％.将Y0040-1和Y0040-3在PDA和2％木屑PDA上培养后进行转录组表达谱差异分析,结果显示Y0040-1和Y0040-3两个单核菌株在木屑-PDA培养基上生长有1 066个共有的差异表达基因,进一步对其注释发现,这些差异基因在细胞结构合成以及碳水化合物代谢等途径上得到富集.同时1 066个共有的差异基因中有113个共上调,富集于氧化还原反应,267个共下调主要富集于蛋白质折叠和去折叠等途径.进一步对1 066个差异基因进行CAZYmes家族和木质纤维素酶分析,发现有36个家族基因差异表达,包括了 4个多铜氧化酶、6个β-葡萄糖苷酶和2个内β-1,4-葡聚糖酶,其中多铜氧化酶基因表达在木屑培养基上都显著上升.木质纤维素降解酶基于氧化还原反应等将木质素降解为菌丝体生长发育所必需的小分子单糖,可能是木屑PDA培养基促进菌丝生长的原因之一.