真菌云芝-F21a高效消除蓝藻水华的分子机制研究

Outbreaks of cyanobacterial blooms seriously affected ecology and environments of water bodies, and were harmful to our dayly life. Recently, a new way of control algal blooms that fungal mycelia directly enwrap the algal cells and then degrade the cells was discovered. However, we know little about its molecular mechanism. In this project, a high efficiency algicidal fungus Trametes versicolor -F21a will be used as the tested strain. The transcripts of the fungal mycelia during the processes of eliminating algal cells will be sequenced, annotated and compared. Statistical significant different expressed genes will be selected and used to predict the key metabolic pathway. The components of the degradative enzymatic system will be elucadated according to the information of the fungal transcripts. The degradative system will be verified by overexpression and downregulation of key candidate genes. Combined with the major environmental factors, the correlation between the compositions of the system and efficencies of removal algal cells will also be calculated. The key decomposition enzyme that affect the efficiency of removal algal blooms will be confirmed in the end. The results of this project will not only enrich our knowledge of the interection between fungus and cyanobacterium, but also supply theory for the improvement of algicidal fungi.

蓝藻水华的爆发严重破坏了水生态环境，给人们的生活带来了很大危害。真菌菌丝体包裹活体藻细胞并将其完全分解是治理藻类污染的一种新方法，但此种除藻模式的分子机制了解甚少。本项目以前期获得的一株高效去除蓝藻的真菌--云芝-F21a (Trametes versicolor)为供试菌，拟通过对其降解藻细胞过程中的真菌转录组进行测序、注释及比对分析，筛选获得差异表达显著的基因，预测关键代谢途径，并分析消除藻细胞过程中分解酶系组成及其变化；拟通过对酶系主要候选基因分别进行过量表达和RNAi抑制表达，分析分解酶系组成与除藻效率之间的关系；在此基础上，再结合影响真菌降解蓝藻效率的主要环境因子，确定影响真菌溶藻效率的关键分解酶。本项目研究结果，将为进一步了解真菌-蓝藻间相互作用机制、为除藻菌株改造提供理论依据。

真菌菌丝包裹并完全消除蓝藻是治理水华的一种新方法，然而对此种除藻模式的分子机制了解甚少。本项目对真菌T. versicolor -F21a降解蓝藻不同时期样品进行转录组分析，找到全部差异表达的基因，探明消除蓝藻过程中差异表达的全部真菌分解酶基因并构建分解酶基因共表达模块，研究分解酶组成与消除蓝藻效率之间的关系，并利用另一种真菌烟管菌T1的除藻过程与云芝F21a进行比较转录组学分析验证，最终采用蛋白质组学、酶活活性分析及利用商品分解酶直接作用对结果进行了确认。综合多种分析结果，最终确定了真菌消除蓝藻的关键分解酶组合为β-1,3-glucanase, α-glucosidase, 内切蛋白酶等具有内切酶活性的分解酶以及能够分解藻类成分海藻酸的海藻酸裂解酶，其它多种分解酶类在蓝藻细胞破裂后起进一步分解作用。分解产物经跨膜转运蛋白转运至真菌细胞中，经多种真菌细胞内的海藻糖代谢、多糖代谢、含氧酸代谢、苹果酸代谢、硫酯代谢、糖酵解途径和丙酮酸代谢等代谢产生能量及小分子中间产物，然后利用有机酸生物合成代谢、羧酸生物合成代谢、有机氮组分合成代谢、氨酰基-tRNA生物合成、几种氨基酸的生物合成等合成代谢转变成真菌菌丝自身生长发育的原材料。在理论上，本项目阐明了该类除藻模式真菌消除蓝藻的分子机制，研究的结果不但可以丰富对真菌-蓝藻相互作用机理的认识，而且可以为选育更加高效的除藻真菌提供理论依据。在应用上，本项目结果为控制蓝藻细胞的快速生长以及降低分解酶价格提供新的研究思路。