黄曲霉spc105基因在次级代谢、菌核发育和氧化应激中的功能及三者关联机制研究

There is a complicated correlation between secondary metabolism, sclerotia formation and oxidative stress in Aspergillus flavus, and deciphering this correlation plays a key role in solving aflatoxin contamination. In our previous study, we found that the deletion of the kinetochore protein encoding gene spc105 led to inhibit the secondary metabolites biosynthesis including aflatoxin and the sclerotia formation, and affect the response of A. flavus to oxidant and antioxidant. The genes involved in these pathways or events were also significantly different expressed in ∆spc105 mutants compared to the wild type strain according to the transcriptome analysis. These results indicate that the spc105 gene plays an important role in the secondary metabolism, sclerotia formation and oxidative stress in A. flavus, and genes involved in above pathways/events may be regulated by Spc105. So spc105 gene as a “bridge gene” builds a good research platform for illuminating the correlation mechanism between secondary metabolism, sclerotia formation and oxidative stress. This project will focus the regulating mechanism of aflatoxin biosynthesis and the roles of spc105 in secondary metabolism, sclerotia formation and oxidative stress in A. flavus, and try to figure out the interaction between Spc105 and the genes related with the secondary metabolism, sclerotia formation and oxidative stress, and the correlation of the secondary metabolism, sclerotia formation and oxidative stress in A. flavus. The completion of the project will provide a new perspective for the regulation mechanism of aflatoxin biosynthesis and potential targets for the control of aflatoxin contamination.

次级代谢、菌核发育及氧化应激间存在复杂关联关系，三者关联机制的解析将为有效解决黄曲霉毒素(AF)污染提供重要理论基础。前期工作表明，黄曲霉动粒蛋白编码基因spc105的敲除影响AF等次级代谢物合成、菌核发育及黄曲霉对氧化剂/抗氧化剂的应答，同时引起这些途径中的相关基因显著差异表达，这意味spc105在黄曲霉次级代谢、菌核发育和氧化应激中具重要作用，相关通路中可能存在与该基因产物互作的基因/蛋白，为三者关联机制的研究搭建了一个良好的平台。为此，本项目拟以spc105基因功能为中心，围绕AF生物合成调控网络，重点关注该基因在黄曲霉次级代谢、氧化应激和菌核发育中的功能及作用机制，发现该基因产物与次级代谢调控因子基因、菌核发育基因及氧化应激相关基因间的相互作用，揭示次级代谢、氧化应激和菌核发育三者的关联机制和基因作用通路。项目的完成可为阐明AF合成调控机制提供新的视野，并为控制AF提供潜在靶标。

次级代谢、氧化应激和菌核形成是黄曲霉生长发育过程中的紧密关联事件，其调控机制非常复杂，对三者关系的认识对于黄曲霉毒素合成代谢机制的阐明具有重要意义。本研究以染色体分裂蛋白基因spc105为出发点，围绕与黄曲霉次级代谢、菌核发育及氧化应激相关联的系列基因进行了深入的研究。主要研究内容包括：（1）Δspc105转录组数据的进一步挖掘；（2）spc105基因敲除对次级代谢、菌核发育及胞内氧化应激的影响；（3）与Spc105直接相关联的调控因子或基因产物的关联研究，进一步探讨这些调控因子对次级代谢、菌核形成及胞内氧化应激的影响；（4）Spc105与氮代谢通路关联机制研究；（5）与黄曲霉次级代谢、菌核形成及胞内氧化应激相关联的其他基因的功能研究。获得以下主要研究成果：（1）spc105基因敲除后，包括黄曲霉毒素在内的许多次级代谢通路基因的表达发生下调或上调，说明spc105基因对黄曲霉中的次级代谢调控具有重要的作用，此外，spc105基因敲除后与孢子发育相关的多个基因的表达均出现明显下调，且严重影响菌核的产生。对与抗氧化机制相关酶的研究表明，spc105可能参与黄曲霉氧化压力应答的调控；（2）通过转录组分析、qPCR分析、酵母双杂交分析等发现，与Spc105直接相关联的调控因子或基因产物如RpnE、LaeA、aflR、veA、velB、AreA、AreB、AFLA-113320基因、MepA基因等均参与了黄曲霉生长、菌核发育、次级代谢和氧化应激等方面的生理活动。（3）在敲除spc105的转录组数据中，氮代谢通路关键调节因子AreA以及许多其他与氮代谢相关基因的表达发生显著下调表达，实验证明spc105和NH4+的代谢有某种联系，这种联系可能与黄曲霉的生长发育、菌落形态以及菌核的形成有关。（4）最后，对sfgA、pbp1、pmr1等基因与黄曲霉次级代谢、菌核形成及胞内氧化应激的关联关系进行了深入研究。总之，通过该项目的研究，获得了一些有意义的发现，为黄曲霉毒素合成代谢调控机制和黄曲霉菌核发育的机制的揭示提供了一定的理论基础。