哈茨木霉Thgal基因影响产孢的分子机制及调控关键基因

Trichoderma spp. are important biocontrol filamentous fungi. Producing conidia trait is closely related to commercial production and control efficy of them. We cloned the Thga1 gene（Genbank No. JN874387）from T. harzianum Th33 encoding a G protein alpha type I subunit. We studied the function of Thgal by deletion it from the genome of Th33. The ΔThgal mutant shows lower growth rate and conidia yield, lower cAMP level, and reduced numbers of conidiophore branches than the wild strain.G protein signaling has been implicated in mediating various biological processes including cell growth, differentiation, sporulation, host sensing and mycoparasitism in Trichoderma. Regulation mechanism of G protein to sporulation of Trichoderma is still not clear. The project plans to carry out the transcriptome sequencing of wild Th33 and ΔThgal mutant at different sporulation period, and identify the molecular mechanism of Thgal regulating sporulation in Th33 by transcriptome analysis and functional analysis of differentially expressed key genes in ΔThgal. The result will lay a foundation for revealing the molecular mechanism of sporulation in fungi.

木霉菌是研究和应用最多的植病生防真菌，其产分生孢子的特性与木霉制剂生产及生防效果有密切关系。项目组从哈茨木霉Th33 中克隆到一种GaI基因Thga1，敲除Thga1使哈茨木霉的生长速度下降，分生孢子梗的分支数及产孢量均显著减少。Ga是真菌细胞外信号传入细胞内的关键传递蛋白，通过cAMP、MAPK及Ca2+等信号途径调控真菌的生长、分化、产孢、代谢等过程。但Ga调控木霉菌产孢的分子机制尚无报道。本项目拟采用转录组测序技术分析Th33及Thgal基因敲除突变株不同产孢时期的基因表达水平和信号通路，采用基因敲除和回复突变技术对主要差异表达基因进行功能验证，明确其对产孢的影响，进而确定Thgal 影响产孢的主要信号传递途径及调控的关键基因，阐明其调控哈茨木霉产孢的分子机制。本研究对揭示木霉菌产孢机制及菌株遗传改造有重要的理论和实践价值，对丝状真菌产孢机制的研究具有指导意义。

木霉菌是研究和应用最多的植病生防真菌，其产分生孢子的特性与木霉制剂生产及生防效果具有密切关系。Gα是真菌细胞外信号传入细胞内的关键传递蛋白，但Gα调控木霉菌产孢的分子机制尚无报道。项目组从哈茨木霉Th33 中克隆到一种GαI基因thga1，敲除thga1使哈茨木霉的生长速度下降，分生孢子梗的分支数及产孢量均显著减少。过表达Thga1使Th33的产孢量提高，进一步证明Thgal能够正调控产孢。对Th33野生菌进行基因组测序，并对Th33及thga1敲除突变株Δthgal 进行转录组测序，分析差异表达基因。采用基因敲除和回复突变技术，对其中5个发生明显差异表达的转录因子及GαIII编码基因thga3进行功能研究。初步分析显示，上述5个转录因子均不直接调控产孢。其中Tha_01888调控金属硫蛋白的表达，与木霉菌的铜耐受性有关。Thga3与Thga1有相似的功能，均正调控生长、产孢、拮抗及菌丝疏水性。疏水蛋白是丝状真菌特有的细胞表面蛋白，调控菌丝疏水性，并影响真菌的生长、产孢、表面互作的等特性。比较Δthga1和Δthga3 中疏水蛋白基因的差异表达，结果显示，Δthga1中，有3个疏水蛋白发生下调表达，分别为 Tha_ 03110、Tha _04112和Tha_09745 。Δthga3中仅有Tha_09745发生下调表达。以上结果显示， Thga1和Thga3可能通过调控不同疏水蛋白的表达而调控产孢，并可能因此影响生长、重寄生等特性。疏水蛋白基因Tha_09745可能是调控产孢及疏水性的关键基因之一。此外Thga1影响分生孢子梗的数目，影响细胞分化，推测与Thga3相比，还存在其他的产孢调控途径，有待于进一步的研究。本研究对揭示木霉菌产孢机制及菌株遗传改造有重要的理论和实践价值，对丝状真菌产孢机制的研究具有指导意义。