Nem1-Spo7 蛋白复合体调控蛹虫草子实体形成机理的研究

As a traditional Chinese medicine and a new resource food, Cordyceps militaris is widely cultivated in China with an annual output of 1000 tons. However, degeneration of fungal varieties reduced the yield and quality of the fruiting body, and even led to complete loss in the fruiting body formation ability, which caused huge economic loss. Studies have shown that lipid metabolism is closely related to fungal degeneration, and the Nem1-Spo7 protein complex plays an important role in the synthesis and regulation of lipids. The previous studies on Nem1-Spo7 of Cordyceps militaris showed that, this complex regulates the synthesis of lipids in cells and the formation of the fruiting body, and the overexpression of CmNem1 gene can effectively restore the ability of the production of the fruiting body. This project intends to further study the morphology, physiology, biochemistry, cellular structure of fruiting body formation of the wild type strain and mutant strains, etc. Comparative analysis will be carried out to explore the CmNem1-Spo7 complex involved in biological processes in cordyceps militaris. Analysis of gene expression, protein localization and lipid metabolism spectrum will be combined to figure out the role of CmNem1-Spo7 in fruiting body formation and degeneration mechanism. The project will lay a good foundation for the exploration of the fungus fruiting body formation and degeneration mechanism.

蛹虫草（Cordyceps militaris）作为传统中药及新资源食品，在我国广泛栽培，年产量达到1000吨干重。但是菌种退化带来的子实体产量及品质下降、甚至完全丧失子实体形成能力，造成巨大的经济损失。研究表明，脂类代谢与真菌退化密切相关，Nem1-Spo7蛋白复合体对脂类的合成、调控有重要作用。对蛹虫草中Nem1-Spo7前期研究发现，该复合体调控细胞内脂类的合成及子实体的形成，过量表达CmNem1基因能有效恢复菌株产生子实体的能力。本项目拟进一步对蛹虫草野生型菌株和突变菌株的生理生化、细胞结构、形态发育、子实体形成等多个层面开展比较分析，探求蛹虫草中Nem1-Spo7复合体参与的生物学过程，结合基因表达与蛋白定位、蛋白质磷酸组学分析、脂代谢谱分析等，明确Nem1-Spo7在子实体形成中的作用机理，为探寻真菌子实体形成及退化机理奠定良好的基础。

蛹虫草（Cordyceps militaris）作为传统中药及新资源食品，在我国广泛栽培，其子实体形成机制一直为研究热点。Nem1-Spo7蛋白复合体对脂类的合成、调控有重要作用，NEM1-SPO7磷酸酶复合体的主要作用是对PAH1的特定位点去磷酸化,激活PAH1蛋白，进而催化磷脂酸（PA）的去磷酸化产生二酰甘油（DAG）。本研究在获得不同突变菌株ΔCmNem1、ΔCmSpo7和ΔCmPah1的基础上，通过子实体表型观察、生理生化观察、转录组、脂质代谢分析，发现敲除菌株的子实体、菌丝生长均受到了显著抑制，孢子萌发率显著下降；脂滴形态发生显著变化，含量显著降低。磷脂（Phospholipid, PI）检测结果表明，Nem1、Spo7和Pah1基因的敲除磷脂的含量下降（分别下降约85.5%、24.4%和36.1%）；二酰甘油（Diacylglycerol， DAG）测定发现，ΔCmPah1菌株中的含量显著下降（约下降50.7%）；在三酰甘油（Triacylglycerol，TAG）的检测中发现，Nem1、Spo7和Pah1基因的敲除导致菌株中三酰甘油的含量均显著下降（分别下降约73.9%、50.2%和61.5%）。ΔCmNem1菌株转录组测序结果表明，ΔCmNem1菌株的基因表达谱显著改变，多条脂质代谢相关通路被显著富集，表明Nem1基因在蛹虫草脂质代谢过程中具有重要作用。结果表明NEM1-SPO7磷酸酶复合体在蛹虫草菌丝生长发育、核膜重塑和脂滴合成方面具有重要作用。本研究为进一步研究蛹虫草脂质稳态和子实体形成之间的内在机制提供了重要参考。