多不饱和脂肪酸合成抑制对深黄被孢霉M6-22低温适应性影响的研究

调节细胞膜膜脂中脂肪酸组成对维持膜的流动性具有重要意义，也是生物体适应低温环境的重要机制。深黄被孢霉（Mortierella isabellina）是国内研究生产多不饱和脂肪酸的主要菌株，为了研究丝状真菌如何感应低温并调节膜脂中脂肪酸组成来维持细胞膜的流动性和功能，本项目拟以一株具有低温生长适应性的深黄被孢霉突变株M6-22为研究对象，研究细胞膜多不饱和脂肪酸合成调节对菌株生长、细胞分裂、细胞膜结构、细胞膜相变温度和流动性、以及膜蛋白组成和表达水平的影响，阐明细胞膜膜脂中多不饱和脂肪酸变化与膜蛋白组成和表达水平的相互关系，以及这种关系对菌株低温适应性的影响，探讨低温条件下深黄被孢霉M6-22多不饱和脂肪酸合成的调节机制。项目研究将有助于揭示丝状真菌多不饱和脂肪酸合成调节与低温适应的关系，而且探索多不饱和脂肪酸合成的低温调节机制有助于利用相关调节过程，将为进一步的研究与应用奠定基础。

多不饱和脂肪酸（PUFAs）对细胞膜的结构和功能、信号转导、DNA复制和基因表达等具有重要的调节作用，而且膜脂中PUFAs含量还与微生物的低温生长适应性有关。. 深黄被孢霉M6-22的研究表明15℃条件下其油脂合成减少，菌株生长减慢，细胞膜流动性降低，但是膜脂中PUFAs含量显著提高。蛋白组学和转录组分析均表明M6-22低温生长适应性涉及多种机制，比如不饱和脂肪酸合成、信号转导、低分子量糖的合成代谢、游离氨基酸代谢等。通过RNAi技术使M6-22膜脂中PUFAs含量下降，导致菌株低温生长明显减慢，孢子明显减小，菌丝变短，但是膜流动性本没有变化。进一步转录组分析显示，PUFAs含量下降可能导致菌株感应低温胁迫、低温菌丝生长和细胞壁重构能力下降以及细胞周期S期阻滞等变化，使菌株低温生长减慢。. 低温同样也引起红冬孢酵母YM25235生长减慢，细胞膜流动性降低，以及膜脂中PUFAs含量反而提高，而且转录组分析表明YM25235低温生长适应性也涉及细胞周期、不饱和脂肪酸合成和低分子量糖的合成等多种机制。通过基因敲除使YM25235中PUFAs含量显著下降，导致膜流动性降低，菌株低温生长减慢。与M6-22不同，转录组分析表明PUFAs合成抑制可能引起菌株中低分子量糖合成减少以及细胞周期G2期阻滞等变化，使菌株低温生长减慢。. 将YM25235苹果酸酶基因RKME1转化回YM25235中过量表达，提高了低温条件下Δ12-脂肪酸脱氢酶基因mRNA的表达水平和PUFAs的合成。同样将YM25235组氨酸激酶基因HisK2301分别转化酿酒酵母INVScl和YM25235进行功能表达，明显促进两种菌株在低温生长能力和PUFAs的合成，而且还提高两种菌株的抗渗透压和盐胁迫能力，HisK2301基因敲除菌株分析也证明这一点。这些结果说明RKME1和HisK2301基因与YM25235的低温生长适应性也有关. 以上结果表明两种真菌低温生长适应性是多种机制共同作用的结果，也初步揭示一些低温条件下PUFA合成的调节机制，但是PUFAs对不同菌株低温生长适应性的影响不同，粘红酵母低温适应性分析也证明这一点。本研究为完全揭示真菌PUFAs与低温适应性的关系以及真菌低温适应机制的研究提供参考，也为利用相关机制进行PUFAs生产应用研究打下基础。