基于基因组和转录组研究灰葡萄孢霉脱落酸生物合成机制及其功能基因

The abscisic acid (ABA) is one of the five classical phytohormoncs involved in increasing the tolerance level of plant to various kinds of stresses caused by abiotic or biotic factors. In mammals, ABA also play important roles in regulating the activation of innate immune cells and glucose homeostasis. For these reasons, it is often referred to as the “stress hormone”. Thus, ABA has a potentially important contribution to theoretical research and application field in agriculture and medicine. ABA is a secondary metabolite of Botrytis cinerea (one of the plant pathogenic fungi), which have been used for biotechnological production of ABA. Identification of functional genes involved in the ABA biosynthesis pathway in B. cinerea would be very interesting. We had isolated a ABA-overproducing mutant B. cinerea TBC-A which derived from a wild-type strain TBC-6, and obtainde a 41.5-Mb genome draft containing 11,274 genes. We also sequenced the transcriptomes of TBC-A and TBC-6 and got single nucleotide polymorphism (SNP) data. In this study, Genomic and transcriptomic analyses will be used to shed light on the biosynthesis and pathway of ABA. We also plan to compare the expression differences between TBC-A and TBC-6, identify the pathways for ABA biosynthesis, and also identified the genes that may contribute to the differential ABA biosynthesis between different strains. Our data will be useful for exploring the underlying basis of ABA production and developing a strategy to increase the production of ABA.

脱落酸(Abscisic acid, ABA)是一种重要的“压力激素”，可调节植物对非生物胁迫和生物胁迫的防御应答，也能激活哺乳动物的先天性免疫细胞、调控血糖平衡，在理论研究和农业、医药等应用领域均具有重大价值。目前ABA的生物技术合成主要依赖于植物致病真菌灰葡萄孢霉的次生代谢合成，开展该菌生物合成ABA的分子机制研究很有意义。我们在前期工作中获得了一株可大量合成ABA的灰葡萄孢霉突变株TBC-A，完成了TBC-A包括11,274个基因的41.5Mb大小的基因组草图，并开展了TBC-A及其出发菌株TBC-6的转录组测序和单核苷酸多态性分析等工作。在此基础上，本项目拟通过开展生物信息学、比较转录组学和分子生物学等研究工作，对灰葡萄孢霉ABA合成的分子机制及其潜在功能基因进行解析，获得对ABA合成有显著影响的新基因，为灰葡萄孢霉ABA生物合成研究提供新的线索和靶点。

脱落酸(Abscisic acid, ABA)是一种重要的“压力激素”，可调节植物对非生物胁迫和生物胁迫的防御应答，也能激活哺乳动物的先天性免疫细胞、调控血糖平衡，在理论研究和农业、医药等应用领域均具有重大价值。目前ABA的生物技术合成主要依赖于植物致病真菌灰葡萄孢霉的次生代谢合成，开展该菌生物合成ABA的分子机制研究很有意义。在本研究中，我们基于ABA高产菌株灰葡萄孢霉菌TBC-A的全基因组数据，结合TBC-A及其出发菌株TBC-6的比较转录组学分析，最终基本解析了ABA高产突变株TBC-A中ABA高产代谢的分子机制，构建了灰葡萄孢霉菌的ABA合成代谢通路，并获得了与ABA高产相关的结构基因和转录调控基因信息；从中挖掘了参与ABA合成的关键酶编码基因，并利用体外酶催化实验证实了一个新基因编码蛋白BcabaC1是合成ABA碳骨架结构2Z, 4E-α-芷香乙烷的关键酶；同时利用酵母单杂交和EMSA实验对转录调控基因进行研究，发现两个转录调控因子BcabaR1和BcabaR2可结合ABA合成基因bcaba1-4启动子区的特异序列，通过基因敲除、沉默和过表达研究等发现这两个转录因子可通过调节bcaba1-4的转录水平从而正调控ABA的合成，这是与灰葡萄孢霉菌ABA生物合成直接相关的调控因子的新发现。获得的进展有进一步深入研究的价值。本研究基于工业化高产菌株TBC-A开展，具有独创性和可延续性；取得的成果为高产ABA的灰葡萄孢霉菌遗传学与合成生物学研究提供了理论支持和新的基因资源与线索，是高产菌种有理改造的重要保障，也可为其他真菌相关研究提供借鉴。