黑翅土白蚁蚁巢共生系统中微生物群落结构与功能的研究

The termitarium ecological system, consisting of Odontotermes formosanus and symbiotic fungus, is an unique system with high efficient utilization of natural lignocellulose. But the mechanism of conversion is still not very clear. In this study, we will take a termitarium symbiotic system of O. formosanus as research object and the intestinal tract of termite, the combs of different maturity together with the nodules and fruit body of symbiotic fungi will be selected as samples. Then we will take transcriptomics sequencing approaches to construct gene expression profile, investigate the microbial community structure, screen for the functional genes related to lignocelluloses degradation and fruiting body formation based on bioinformatic analysis, and clone and verify the related full-length cDNA. From the molecular ecologic level and the transcriptomic level, we hope to reveal the molecular mechanism of lignocellulose degradation in the termitarium ecological system, ascertain the composition and function of important enzymes and fungi, which will provide theoretical basis for improving bioconversion technology of lignocellulose.

黑翅土白蚁与共生真菌构成的蚁巢生态系统是一种自然界高效利用木质纤维素的独特体系，但其转化利用木质纤维素的机理至今还不十分清楚。本研究拟以一个蚁巢共生系统为研究对象，分别选取共生白蚁肠道、不同成熟度菌圃及小白球菌和共生真菌子实体，通过转录组测序方法（RNA-seq）构建基因表达转录谱，研究蚁巢共生体系的微生物群落结构，筛选与木质纤维素降解及真菌发育相关的特异候选基因，并进行基因的全长克隆及功能验证。从分子生态学层面及转录组水平全面系统地揭示蚁巢共生系统中木质纤维素降解的分子机理，探明黑翅土白蚁自然转化木质纤维素所需的重要酶系与菌系的构成与功能，为进一步提升木质纤维素生物转化技术奠定理论基础。

黑翅土白蚁与共生真菌构成的蚁巢微生态系统在自然界中具有高效转化木质纤维素的独特能力。本研究选取1个蚁巢共生系统内的白蚁肠道、菌圃、小白球菌及共生真菌子实体为研究对象，采用传统微生物分离、纯化、培养及分子生物学方法，获取蚁巢内共生优势真菌1株，初步鉴定为Termitomyces属真菌，并确定了其最佳液体及固体培养基配方与培养条件；采用酶学研究手段发现，蚁巢内上部菌圃的滤纸酶活、木聚糖酶、内切酶和β-葡糖苷酶四种酶活数值均高于其他样本,其中滤纸酶活（1.85±0.07mU/mg）显著高于其他样本；通过构建16S rDNA文库并进行高通量测序，探究了蚁巢共生体系内白蚁肠道内细菌群落结构，共得到的1023条序列共被分成187个OUT，其中有71个OTU(占38%)属厚壁菌门,50个OTU(占26.7%)属于拟杆菌门,22个OTU(占11.8%)属于变形菌门,15个OTU(占8%)属于螺旋体门；采用比较转录组学对蚁巢内共生真菌在3个不同发育阶段的基因表达差异性进行了相关分析，共得到46924条差异表达基因，初步筛选出6个与木质纤维素降解及真菌发育相关的特异候选基因，功能显著性富集分析（GO分析）表明，在细胞过程、代谢过程、单组织过程、结合、催化活性等几个类别中表现为高度富集；KOG分析表明，注释成功的基因中在仅一般功能预测类别中所占比例最大；KEGG代谢分析表明，差异表达基因涉及内分泌系统、碳水化合物代谢、翻译、信号传导以及运输和分解代谢等过程。本项目目前能基本揭示了蚁巢共生系统中木质纤维素降解的分子机理，并初步探明黑翅土白蚁自然转化木质纤维素所需的重要酶系与菌系的构成与功能，为进一步提升木质纤维素生物转化技术及蚁巢共生真菌的人工栽培奠定理论基础。