香菇菌丝转色过程中黑色素积累及合成途径的研究

【作者】 杜金茹； 王守现； 严冬； 高琪； 范阳阳； 余知和； 刘宇；

【机构】 北京市农林科学院植物保护研究所北京市食用菌工程技术研究中心； 长江大学生命科学学院；

【摘要】 香菇菌丝转色是决定栽培香菇产量和品质的关键因素之一,弄清菌丝转色过程中黑色素主要合成途径、关键基因功能和细胞定位,对于解析香菇菌丝转色机理具有重要意义。本研究基于全基因组比对分析黑色素主要合成途径,发现香菇缺少庚烯酮水解酶基因、小柱孢酮脱水酶基因和对羟苯丙酮酸双加氧酶基因,推测香菇菌株不存在典型的DHN-黑色素和脓黑色素合成途径,但可以合成DOPA黑色素、GHB黑色素、PAP黑色素和儿茶酚黑色素。此外,酪氨酸酶、多聚酮合成酶和漆酶等黑色素合成相关基因与香菇栽培转色过程密切相关。前人通过转录组分析发现多聚酮合成酶在香菇菌丝转色过程中表达量上调,并且漆酶基因LeLcc1的超量表达也会使得香菇菌丝的转色速度加快,但是目前对于香菇菌丝转色过程中酪氨酸酶基因功能的研究并不透彻。我们对其进行生物信息学分析发现酪氨酸酶基因编码蛋白为稳定的亲水蛋白,含有2个与酪氨酸酶催化活性相关的铜离子结构域且定位在细胞质。为了更直观的了解黑色素的细胞定位,我们通过电子显微镜对香菇菌丝中黑色素进行了定位观察。结果表明香菇菌丝转色过程中,高电子密度物质(黑色素)依次在细胞质、细胞壁和细胞间质等部位大量积累,直至充满整个细胞,表明黑色素的积累位置和积累量与菌丝转色程度直接相关。同时,转色期细胞中自噬体和自噬性溶酶体的存在暗示细胞自噬参与了香菇菌丝转色的过程。该研究结果为香菇黑色素合成遗传基础、菌丝转色机理及影响因素研究提供了重要参考。更多还原