蛹虫草类胡萝卜素合成代谢的光调控及机制研究

天然类胡萝卜素因其食品增色和营养保健双重功能日益受到人们的关注。食药用菌蛹虫草在光照情况下能合成类胡萝卜素，但是其合成代谢及调控尚不清楚。本项目采用高效液相色谱检测波长、光照时间、强度对蛹虫草类胡萝卜素含量、组成的影响，确定蛹虫草类胡萝卜素合成的最佳光照条件；克隆得到类胡萝卜素合成代谢关键酶和光受体基因，分析其结构，明确蛹虫草光受体蛋白的种类；研究光处理后类胡萝卜素合成代谢关键酶和光受体基因表达的动态变化，旨在揭示蛹虫草类胡萝卜素合成代谢光效应的分子机制，为蛹虫草类胡萝卜素的高效生产和代谢工程提供依据，为进一步研究光对蛹虫草子实体发育的调控奠定基础，同时充实我国真菌光生理学的研究。

天然类胡萝卜素因其食品增色和营养保健双重功能日益受到人们的关注, 亟需寻找新的适合类胡萝卜素工业化生产的微生物资源。食药用菌蛹虫草在光照情况下能合成类胡萝卜素，但是其合成代谢及调控尚不清楚。本项目研究了蛹虫草光形态建成、光照对子实体生长和类胡萝卜素等主要活性成分的影响，表明光照促进分生孢子产生，类胡萝卜素在蓝光光照条件下含量极显著高于自然光光照，蓝光对子实体、虫草素、粗多糖含量的影响则存在菌株差异。响应面分析优化了蛹虫草类胡萝卜素的提取条件，其最佳提取条件为酸热法破壁，丙酮：石油醚=4:1作为提取剂，料液比=24:1，提取3次，提取得到的蛹虫草类胡萝卜素具有强的清除DPPH自由基能力，IC50值为59.78±4.04μg/ml，超过同等浓度甚至高浓度的α-生育酚和BHT。从蛹虫草中克隆得到类胡萝卜素合成代谢的关键酶基因ggpps（牻儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶）3种，即定位于细胞核的GGPPS727和GGPPS191及定位于细胞质的GGPPS595，系统发育分析真菌GGPPS聚为3个分支，并各具有不同的功能，来自蛹虫草的3种GGPPS分别位于3个不同的分支。成功构建了蛹虫草基因敲除体系，时空表达模式及ggpps191基因敲除推测ggpps727可能参与蛹虫草的初级代谢，而ggpps191可能参与次级代谢蛹虫草类胡萝卜素的合成。克隆得到类胡萝卜素合成代谢关键酶八氢番茄红素合成酶psy，cao-2和ylo-1和光受体基因Cmwc-1。CmWC-1是一个GATA-Znic finger型转录因子，含有Gln-rich结构域，LOV（Light, Oxygen, or Voltage），PAS（Per-Arnt-Sim）和锌指结构域，基于子囊菌WC-1同源蛋白的系统发育分析表明WC-1蛋白可以作为系统进化分析的一个参照。Cmwc-1光照后表达量增加显著，但是光照时间持续30min后，出现光适应现象。同时克隆得到了冬虫夏草蓝光受体基因Oswc-1。本研究初步揭示了蛹虫草类胡萝卜素合成代谢光效应的分子机制，为蛹虫草类胡萝卜素的高效生产和代谢工程提供依据，为进一步研究光对蛹虫草子实体发育的调控奠定了基础，同时充实我国真菌光生理学的研究。.本项目共发表文章14篇，其中SCI论文8篇，会议论文摘要6篇，学术报告4人次，培养硕士研究生2名，协助培养博士研究生1名，参加科普活动7次。