MADS-box转录因子调控草菇子实体开伞的分子机理

Volvariella volvacea is one of important edible fungi in China, but its real easy pileus expansion is the main bottleneck restricting straw mushrooms long-distance transportation, fresh-keeping. Our preliminary studies suggested that the expression of MADS-box transcription factor gene was associated with the pileus expansion process of straw mushrooms. But its regulation mechanism is not clear. In this study, we intend to use bioinformatics (genomics, and expression profile data) to identify and analyze the expression pattern of MADS-box transcription factor gene in different stage of V. volvacea. Then use the RNAi and Overexpression technology to verification its function. RNA-Seq studies of mutants and wild strain will be applied to find out the genes and metabolic pathways regulated by MADS-box gene. CHIP-Seq will be used to study the DNA combination sequence of MADS-box gene. All studies are aimed on clarify the mechanism of fruiting body ripening and senescence (pileus expansion) in V. volvacea regulated by MADS - box transcription factors. The results of this study can be used to guide regulation of the pileus expansion process of V. volvacea, breed strains with reduced or inhibited pileus opening, and with longer shelf life, which also can provide the data to support in studying ripening and senescence of other edible fungi.

草菇是我国重要的主栽食用菌之一，但其子实体采后极易开伞的特性是制约草菇远距离运输、贮藏保鲜的主要瓶颈。我们的初步研究显示MADS-box转录因子基因在草菇开伞过程中的表达发生明显变化，但其如何调控草菇开伞的机理还未明晰。本项目拟利用组学数据鉴定分析草菇MADS-box转录因子及其在不同发育时期和采后不同贮藏时间的表达模式，并用RNAi与过表达技术研究其功能。进一步用RNA-Seq分析草菇突变前后的全基因组基因在转录水平上的差异表达及筛选受调控的重要基因，用CHIP-Seq分析受MADS-box转录因子调控的相关基因的DNA序列。综合阐明MADS-box转录因子在草菇子实体开伞过程中的调控过程及作用机理。研究结果可用于指导调控草菇的开伞过程，选育不易开伞、货架期较长的菌株，为食用菌成熟衰老研究提供数据支持。

草菇是我国重要的主栽食用菌之一，但其采后不易保鲜，极易开伞等成熟衰老特性是制约草菇远距离运输、贮藏保鲜的主要瓶颈。本项目利用组学数据和分子生物学试验鉴定分析草菇MADS-box转录因子及其在不同发育时期和采后不同贮藏时间的表达模式，用RNAi与过表达技术研究MADS-box转录因子基因的功能，用RNA-Seq和DAP-Seq联合分析受MADS-box转录因子调控的相关基因及该转录因子调控草菇子实体成熟衰老的分子机理。结果显示：草菇MADS-box转录因子基因Vvrin1在草菇子实体伸长期菌柄的表达量出现高峰，具有极显著性差异（P<0.01）。在草菇采后不同贮藏时间，MADS-box转录因子Vvrin1基因的表达水平较刚采摘的时候呈极显著升高（P<0.01），且第2天开始Vvrin1基因的表达水平一直保持在较高的水平。分析过表达转化子和RNAi转化子可知草菇MADS-box转录因子Vvrin1基因的表达会影响菌丝生长速度、粗细浓密情况、色素的积累，原基的形成，并调控草菇采后的成熟衰老过程。转化子的RNA-Seq分析可知草菇MADS-box转录因子作用的基因主要富集在核糖体、氨基酸生物合成和次生代谢物的生物合成、MAPK信号通路、脂肪酸氧化、磷脂酰肌醇信号系统等途径上。结合DAP-Seq分析可知在菌丝生长阶段，MADS-box转录因子会通过结合目的基因上游的motif(VVAAAAAAGRAA)等motif位置，正调控Ste3基因和位于其下游的Cdc42、Ste20和Ste12，进而正向调控MAPK信号途径，影响细胞增殖和细胞周期，最终影响菌丝生长状态和原基形成。在草菇采后贮藏过程中，MADS-box转录因子会负调控Calm和PLC基因的表达，调节细胞内钙离子浓度，进而通过调控磷脂酰肌醇信号系统中PKC基因的表达，影响细胞壁的完整性，破坏草菇子实体组织结构，出现自溶、硬度和弹性下降现象。另外，本项目用0.75µL/L浓度的1-MCP处理或0.3g/kg聚赖氨酸（ε-PL）联合0.75µL/L浓度的1-MCP处理草菇，均可显著延长草菇货架期，为草菇及其他食用菌保鲜提供一个新思路。本项目综合阐明了MADS-box转录因子调控草菇菌丝生长、子实体发育及成熟衰老等过程的分子机理，为草菇的成熟衰老研究提供数据支持。