乙烯促进三孢布拉氏霉菌类胡萝卜素合成的机制研究

激素类物质影响真菌的生长发育和物质代谢。在前期研究中，我们发现乙烯可大幅度促进三孢布拉氏霉菌合成类胡萝卜素，但作用机制尚不清楚。本项目拟从转录水平，研究乙烯对催化类胡萝卜素合成的关键酶的影响，寻找参与乙烯应答的转录因子。其次，从蛋白质水平分析乙烯对蛋白质表达的影响，找出差异蛋白中的属于信号调节的蛋白质，研究候选蛋白与乙烯应答反应的关系。第三，研究乙烯对类胡萝卜素合成途径代谢通量的影响，建立乙烯调控类胡萝卜素合成的代谢网络模型。通过本课题的实施将揭示乙烯在真菌中对类胡萝卜素合成的作用机制，丰富乙烯与真菌作用的基本理论，并对通过代谢网络调控，提高类胡萝卜素产量具有重要的理论意义和应用价值。

类胡萝卜素是一种天然色素，可由光合作用生物、细菌、真菌、藻类及古生菌等合成。因其具有淬灭单线态氧和抗氧化的性质，被用作食品添加剂、着色剂、化妆品及保健品。类胡萝卜素的制备主要有4种方法：植物提取法、化学合成法、微生物发酵法以及基因工程法。三孢布拉氏霉菌因具有生物量大，类胡萝卜素含量高的优点，被认为是理想的β-胡萝卜素生产菌株。研究发现，乙烯可以促进三孢布拉氏霉菌合成β-胡萝卜素，但是乙烯如何调控三孢布拉氏霉菌的类胡萝卜素生物合成及其具体的作用机制未知，因此需要我们进一步研究。.首先我们研究了乙烯利对三孢布拉氏霉菌（+）、（-）菌混合发酵的影响，经过发酵条件优化，发现乙烯的最佳添加时间为发酵进行到36h，最佳添加量为50ppm，β-胡萝卜素产量最高可达1.869g/L，比对照组提高了52%。实验结果表明乙烯利的添加可以提高三孢布拉氏霉菌β-胡萝卜素的产量。.为了弄清楚乙烯促进三孢布拉氏霉菌β-胡萝卜素产量增加的原因，我们研究了三孢布拉氏霉菌在代谢水平上对乙烯的响应。通过代谢组学结合多维数据分析的研究方法，我们分析了由于乙烯利的添加所引起的三孢布拉氏霉菌代谢轮廓的变化。通过PCA与PLS-DA模型的构建，找出了引起代谢扰动的差异代谢物。研究结果表明空白对照组和乙烯处理组之间代谢物的变化主要反映在脂肪酸、碳水化合物和氨基酸的代谢水平上。三羧酸循环、脂肪酸和氨基酸代谢途径的减弱有利于乙酰辅酶A流向β-胡萝卜素的生成。.我们又利用二维电泳技术研究了三孢布拉氏霉菌在蛋白水平上对乙烯的响应。通过比对、鉴定，共找出11个差异蛋白。这些差异蛋白涉及到糖酵解、三羧酸循环及其支路。研究结果表明，乙烯的添加减弱了三羧酸循环，使得乙酰辅酶A有一定的积累，积累的乙酰辅酶A反馈抑制了糖酵解作用，同时乙酰辅酶A流向甲羟戊酸途径，进而生成更多的β-胡萝卜素。.最后我们又在转录水平上研究了三孢布拉氏霉菌对乙烯的响应。利用荧光定量PCR的方法，研究了乙烯利的添加对三孢布拉氏霉菌合成途径负责编码HMG-CoA还原酶的限速基因hmgR，番茄红素环化酶/八氢番茄红素合酶基因carRA及八氢番茄红素脱氢酶的基因carB的转录水平的影响。实验结果表明，乙烯能促进hmgR、carRA 和carB 转录水平的提高。这表明乙烯可以通过刺激代谢途径中类胡萝卜素合成相关酶的基因的转录水平来提高三孢布拉氏霉菌的类胡萝卜素合成