菌核发育与黄曲霉毒素生物合成关联机理的转录组分析

黄曲霉是一类重要的致病菌，能够产生剧毒的黄曲霉毒素AF，通过污染农作物等危害人类健康，AF生物合成代谢已成为研究真菌次级代谢的模式。通常产AF的菌株在恶劣环境条件下形成有性生殖的退化结构- - 菌核，以保护菌株免受损伤。研究表明菌核发育与AF生物合成代谢具有遗传上的相互联系，但二者之间相互关联的分子机理尚不清楚。本课题拟首先利用RNA测序技术系统分析黄曲霉在基础培养条件下的转录组图谱；在此基础上获取不同培养状态（产AF/不产AF、菌丝/菌核）的转录组数据，通过基因差异表达分析及代谢途径分析等，分别确定菌核发育和AF生物合成的相关基因，并通过比较分析以预测二者之间相互作用的关联基因；通过基因敲除或RNA干扰构建关联基因的缺陷株，验证关联基因的功能，探讨菌核发育与AF生物合成相互关联的分子机理，为研究黄曲霉的生殖发育过程提供佐证，并为对产AF的黄曲霉菌株进行生物防治提供作用靶点。

黄曲霉毒素（AF）是由黄曲霉产生的致癌、致畸毒素；菌核是与黄曲霉生殖密切相关的结构。菌核发育与AF生物合成是密切相关的，研究二者的关联机理对于理解AF生物合成的调控机制以及对黄曲霉进行生物防治具有重要意义。.本研究采用链特异性RNA-Seq（ssRNA-seq）技术分析黄曲霉不同条件下的转录谱。利用所得转录组数据，确定黄曲霉中菌核发育相关的基因及其关联网络，探讨菌核发育的分子调控机理；分析黄曲霉中与AF生物合成相关的基因，构建AF生物合成途径模型。在此基础上，研究菌核发育与AF生物合成的关联基因及机理，对获得的关键调控基因的黄曲霉缺陷株进行转录组分析，探讨关键调控基因在菌核发育、AF生物合成过程中的调控作用。主要结论如下。.（1）基于ssRNA-seq技术深度解析黄曲霉全基因组水平的转录图谱：绘制了黄曲霉模式菌株A. flavus NRRL3357、A. flavus CA43的全基因组转录图谱，定量了9871个黄曲霉基因的转录水平，解析了黄曲霉的转录本结构，共获得5994个基因的5′UTR和6407个基因的3′UTR，预测了大量新转录本并分析了其功能，预测了1220个可变剪接（AS）事件并分析其ID识别机制，首次全面分析了黄曲霉中的反义转录现象。.（2）比较转录组分析黄曲霉菌核发育相关基因及其调控网络，探讨黄曲霉菌核发育的分子调控机理：菌核、菌丝样品间的基因差异表达和WEGO分析确定了与菌核发育相关的14个上调基因和37个下调基因；推测菌核发育与次级代谢之间可能存在相互抑制的关系；同时菌核发育可能受到复杂的信号网络调控，反义转录机制也可能参与其中。上述结果有助于理解黄曲霉的生殖方式及对黄曲霉菌株进行遗传改造。.（3）比较转录组分析AF生物合成及菌核发育-AF生物合成关联的分子机制：菌丝、菌核、aflR突变株间的比较研究表明AF生物合成在菌核状态下受到抑制；AF生物合成相关基因中11个发生转录下调，仅有2个发生转录上调，这些发生转录变化的基因也参与了菌核发育，将成为菌核发育与AF生物合成的关联基因。这些基因可作为对产AF菌株进行生物防控的靶位点。.（4）菌核发育与AF生物合成关联基因敲除株的调控机理分析：关键基因laeA、veA敲除株的转录分析表明菌核发育、AF生物合成均受到laeA、veA的调控，并引起了二者之间关联基因的表达差异。