猪苓菌丝受氧化应激产生的三个关键因子在菌核形成及发育中作用的研究

Polyporus umbellatus is an endangered medicinal fungus, and its sclerotium is used as medicine. Sclerotia can be initiated from hyphae to solve the problem of resource exhaustion and shortage. Oxidative stress induced by adverse stress played critical role in sclerotia formation from hyphae, in which hydrophobins, homolysis and acetylated proteins expressed differentially. This study will focus on these three factors to deeply get know the molecular mechanism of P. umbellatus sclerotia formation and development. At first, determinate Puctg112 distribution rules in subcellular organisms and uncover its adhesive function in hyphae intertwining with each other. And then, study the effects of homolysis Puctg22 on sclerotia formation and development, and how to be regulated. Thirdly, study the acetylome of P. umbellatus systematically, and obtained identified and quantified the acetylated proteins. Verify those proteins with multiple reaction monitoring method, and then analyze how energy metabolite and regulate by informatics. This study will get better understanding the mechanisms of sclerotia formation and provide certain reference for endangered medicinal fungus cultivation.

猪苓为我国濒危药用真菌，药用部位为菌核。目前，猪苓菌核短缺是制约猪苓产业发展的瓶颈，用猪苓菌丝繁殖菌核进而将其用于栽培生产是解决上述“种苓”矛盾的有效途径。我们研究发现，由环境胁迫所致的氧化应激是猪苓菌丝形成菌核的关键，由此产生的疏水蛋白、溶血素和蛋白乙酰化修饰参与的能量代谢调控与菌核形成及发育密切相关。为深入研究这三个关键因子对猪苓菌核形成及发育的影响，本项目将开展以下工作：首先，明确疏水蛋白亚细胞分布规律，揭示其在菌丝交织粘连形成菌核中的作用；其次，研究溶血素对猪苓菌丝形成菌核及发育的影响，以及调控该生物学过程的分子机制；最后，对猪苓进行系统的乙酰化修饰蛋白质组学研究，获得乙酰化修饰蛋白标志物，阐明乙酰化修饰在猪苓菌丝形成菌核及发育中能量代谢及调控的分子机制。上述研究对阐明猪苓菌核形成的分子机制有重要理论意义，对规模化培养猪苓菌丝形成菌核用于栽培生产有积极推动作用。

猪苓为我国濒危药用真菌，药用部位为菌核，其生长发育营养主要来自与之共生的蜜环菌。目前，猪苓菌核短缺是制约猪苓产业发展的瓶颈，用猪苓菌丝繁殖菌核进而将其用于栽培生产是解决上述“种苓”矛盾的有效途径。前期研究发现，疏水蛋白、溶血素和蛋白乙酰化修饰参与的能量代谢调控与菌核形成及发育密切相关。本项目进行了相关系统研究，结果如下。（1）疏水蛋白Puctg112定位于猪苓菌丝细胞壁表明和桶孔隔膜上，发挥菌丝间的粘连作用；猪苓菌核初期菌丝(IH)形成菌核(IS)中的交织菌丝间聚集表达(IS/IH 0.32)，这有利于菌核的最初形成；随后发育为生长期菌核(DS)和成熟期菌核(MS)时，表达量亦增加(DS/IS 119.85、MS/DS 1.07)，有利于菌核更加趋于成熟，这一过程可被氧化应激调控。（2）猪苓溶血素Puctg22是菌核形成及发育所必须的，主要分布于新生菌丝的细胞质和一种未知泡囊中，可通过影响细胞质膜、细胞骨架蛋白代谢等过程而参与菌丝间的融合，这一历程受钙离子和小G蛋白-MAPK信号通路的调控。（3）对猪苓菌核形成及发育过程进行了系统的乙酰化修饰蛋白质组学研究，获得了乙酰化修饰蛋白342个，乙酰化修饰肽段648个，乙酰化肽段含有KacY、KacA、KacL、KacG、MacS、MacA、RacA、RacL和RacG等9个保守基序。解析获得了与猪苓菌核形成及发育密切相关的乙酰化修饰关键代谢通路（如磷酸戊糖途径、谷胱甘肽代谢等），获得了乙酰化修饰蛋白标志物23个（如己糖激酶、类GroES蛋白等）。通过抑制剂添加、蛋白免疫印迹等实验，证明了氧化应激通过蛋白乙酰化修饰而调控猪苓菌核的形成和发育，这一过程也直接或间接的与能量代谢途径及其中的蛋白乙酰化修饰相关。上述研究结果对阐明猪苓菌核形成的分子机制有重要理论意义，对规模化培养猪苓菌丝形成菌核用于栽培生产有积极推动作用。本项目已发表学术论文7篇、已投在审论文2篇，出版团体标准1项，申请国家发明专利1件，获“培根创新论文奖”一等奖1项。培养博士研究生5名（其中3名已毕业，2名在读）。