捕食性真菌Duddingtonia flagrans 捕食器及捕食相关基因的发掘与功能研究

Parasitic nematodes, for their multispecies and wide distribution, had brought serious damage to the development of animal husbandry in China's northern grassland. The use of nematicides has become increasingly restricted duce to anthelmintic resistance, public health and environmental concerns. To get rid of these problems, control by the nematode-trapping fungus has attracted much attentions. On the basis of finished studies before, this program will analyze the transcriptome and proteome of the nematode-trapping fungi- Duddingtonia flagrans, respectively. Then the differences in the metabolism of hyphae with organs and general vegetative hyphae ( without organs ) were also studied. Simultaneously, gene of organs and some nematode-trapping related genes were screened, and followed by verifying their functions preliminarily. So it would provide important information to investigate the mechanisms of the molecular mechanisms of organs formation and the trapping to nematodes. Besides, it would also settle foundation for development of secretions or toxic biologicals of the nematodes and the use of genetic engineering transformation to nematode-trapping fungi. The program would enrich the knowledge of the relevant field, and provide a scientific basis for better use of nematode-trapping fungi in the practical production.

寄生性线虫种类多、分布广，是我国北方草原地区严重危害畜牧业发展的家畜疫病，传统的化学药物防治法所导致的食品安全问题不仅对消费者健康构成了严重威胁，而且成为我国动物性食品进入国际市场的"绿色贸易壁垒"。解决这一问题的最佳源头控制方法是研究开发生物天敌，对其进行生物控制。本项目拟在前期研究工作的基础上，对捕食性真菌Duddingtonia flagrans含捕食器菌丝和普通营养菌丝（不含捕食器）进行转录组和蛋白质组学研究，探索含捕食器菌丝和普通营养菌丝（不含捕食器）在代谢水平上的差异，发掘捕食器基因及捕食相关基因，并进行功能研究和鉴定，为探讨捕食性真菌捕食器的形成机制及捕食线虫的分子机制研究提供重要资料，也为开发对线虫等寄生虫有毒性的生物制剂和利用基因工程技术改造捕食性真菌奠定基础。其成果不仅可以填补相关研究领域的空白，也为更好地在生产实际中利用捕食性真菌这类生物天敌资源提供科学依据。

寄生性线虫种类多、分布广，而传统的化学药物防治法又存在种种弊端。目前来看，对其进行生物控制是最具潜力的防治途径。因此为探究捕食性真菌杀线虫的机理，本项目在前期研究的基础上，对捕食性真菌Duddingtonia flagrans进行了基因组学、转录组学和蛋白质组学及其相关内容的分析与研究。通过研究，确定了捕食性真菌D.flagrans基因组大小约为37.6 Mb，共有9397个基因；在捕食线虫过程中，D.flagrans共有41.2%的基因发生差异表达,这些差异表达基因主要与能量代谢、扩膜转运过程相关；功能分析表明，在真菌捕食线虫时，参与捕食过程的凝集素、几丁质酶、枯草杆菌蛋白酶、G蛋白偶联受体、MAPK信号通路、细胞骨架构建等相关基因等基因高水平表达，而与腐生有关的碳水化合物降解酶基因呈下调表达趋势。蛋白质组学分析共鉴定到蛋白质4244个，对实验组来说，差异蛋白以捕食初期和中期最多，共鉴定出474个；这些差异蛋白在真菌的有关催化活动、分子结合功能、转运活动、代谢过程、生物调节、应激反应、生物定位、碳利用以及物质的合成均呈现显著的动态变化；诸如酸性磷酸酶、枯草芽孢杆菌蛋白酶、胃蛋白酶、纤维素酶、丝氨酸蛋白酶、中性神经酰胺酶、鞘磷脂磷酸二酯酶和酪氨酸酶等呈差异表达，表明这些蛋白可能在捕食过程有重要作用；进一步分析发现，差异蛋白参与的代谢通路主要涉及泛素介导的蛋白水解、内质网蛋白加工、鞘脂类代谢、粘附过程、MAPK信号通路、AMPK信号通路、能量代谢和碳代谢、过氧物酶体、氧化磷酸化等八大类，这些通路均与真菌捕食线虫作用过程相关。上述研究结果揭示了捕食器产生、真菌作用线虫过程中和真菌自身的生物进程变化，筛选鉴定了捕食相关基因和蛋白质，为阐明捕食性真菌D.flagrans捕食线虫的机制提供了强有力支撑，也为开发对线虫等寄生虫有毒性的生物制剂和利用基因工程技术改造捕食性真菌奠定了坚实的基础。其成果不仅可以填补相关研究领域的空白，也为更好地利用捕食性真菌提供了科学依据。