斜卧青霉转录调控蛋白Hac1在蛋白分泌调控中的功能研究

Filamentous fungi are extraordinary in their capability of secreting large amounts of proteins into the growth medium. This property has been widely exploited for producting enzymes used in industries. Functional analyses of the genes and transcription factors involved in secretion pathway will give a more detailed insight into the efficient secretion mechanism of filamentous fungi, and will provide targets for increasing their capacity of protein secretion by genetic engineering..This study will focus on the effects of secretion stress and the function of transcription factor Hac1 of unfolded protein response pathway in Penicillium decumbens. In this study, whole-transcriptome profiling and ChIp-sequencing analysis will be used to uncover the target genes regulated by Hac1. The molecular functions of the genes and the biological processes they are involved in will be investigated to get a thorough understanding of the function of Hac1. Also, whole-transcriptome analysis will be used for the determination of the differences in gene expression when the fungus is under different protein secretion stresses (from high-level native protein production or heterologous protein production). The results will give a whole view of the function of the transcription factor Hac1, and will indicate the regulation mechanisms responding to different types of protein secretion stresses in fungi.

丝状真菌具有卓越的蛋白分泌能力，在工业酶的生产中具有重要地位。研究丝状真菌蛋白分泌途径相关基因及调控因子的功能，有助于解析丝状真菌的高效蛋白分泌机制和进一步通过遗传改造提高菌株的蛋白分泌能力，具有重要的理论和实践意义。.本研究以工业纤维素酶生产真菌斜卧青霉为材料，对菌株的分泌压力响应和参与未折叠蛋白响应（UPR）中转录调控蛋白Hac1的作用机制开展深入研究。研究拟利用全基因组表达谱分析技术对菌株应对不同分泌压力（自身蛋白分泌压力、异源蛋白分泌压力）时的基因转录差异情况进行分析，同时结合基因靶向操作技术和染色质免疫共沉淀测序技术对Hac1的靶基因进行鉴定。通过对差异转录基因及Hac1靶基因的生物学功能进行分析，预期将对丝状真菌中Hac1的调控机制作出系统阐述，对丝状真菌应对不同分泌压力响应的分子机制获得更为深入的理解。

丝状真菌具有卓越的蛋白分泌能力，在工业酶的生产中具有重要地位。研究丝状真菌蛋白分泌途径相关基因及调控因子的功能，有助于解析丝状真菌的高效蛋白分泌机制和进一步通过遗传改造提高菌株的蛋白分泌能力，具有重要的理论和实践意义。本研究以工业纤维素酶生产真菌斜卧青霉为材料，对菌株的分泌压力响应和参与未折叠蛋白响应（UPR）中转录调控蛋白Hac1的作用机制开展了深入研究。研究构建了Hac1基因敲除和过表达菌株，利用全基因组表达谱分析技术发现Hac1影响了多条生物学过程，使蛋白合成途径相关基因的表达量明显上调，同时与蛋白降解相关基因表达量上调，半数以上的胞外主要蛋白表达量明显下调，说明Hac1i的过表达能引起UPR（未折叠蛋白）响应，并与ERAD（蛋白质降解）途径和RESS（反馈抑制）途径密切相关。研究构建了外源蛋白r-PA过表达菌株，利用全基因组表达谱分析技术对菌株在应对自身分泌压力小（葡萄糖培养条件下）、自身分泌压力大（麦麸-纤维素培养条件下）和异源蛋白表达（r-PA表达）时的差异基因转录情况进行了分析，发现自身分泌压力大和异源蛋白表达时，菌株的响应基因和响应量均存在不同，与自身分泌压力高相比，hac1i响应量相差1.5倍（ r-PA 较高），蛋白分泌途径中的基因表达量上调，蛋白降解途径相关基因表达量明显上调说明，菌株在应对这两种分泌压力时采用了不同的蛋白分泌调节方式，除Hac1调控蛋白分泌外，还存在其它的调控机制。研究还利用染色质免疫共沉淀技术分析了Hac1与ERAD和RESS途径的关系，发现Hac1直接调控部分UPR途径、ERAD途径和RESS途径响应基因，并调控2个纤维素酶基因转录调控基因。我们对其中受Hac1调控的mns1和pk1基因进行了敲除，发现这两个基因对斜卧青霉的蛋白表达量有较为明显的影响，可作为菌株改造的靶标基因，但其确切的生物学功能还有待进一步影响。