热激转录因子Hsf1调控耐热毛栓菌中漆酶基因表达的分子机制

As one of the important lignin-degrading enzymes, laccases show significant application on bio-energy and environmental remediation. However, the long fermentation period of laccase caused by producing in secondary metabolism stage and many isodynamic enzyme in white rot fungi have restrained its large-scale application. In this study, one thermo-tolerant strain Trametes trogii S0301 with rapid growth property and high laccase production will be employed for studying the activation effect and binding site of lac 13, lac1 and lac50 promoter adjusted by heat shock transcription factors Hsf1, and the difference between the Hsf1 over-expression strain and wild strain will be analyzed on the dynamic activity of extracellular laccase, the transcriptional change in mRNA and protein of isodynamic enzyme for confirming the effect of Hsf1 on the enzyme-producing period and activity, and the regulating function on the lignin-degrading enzymes types. The performance of this study will uncover the molecular mechanism of transcriptional factor regulating the laccase expression, and provide the basis for carrying out selective synthesis of the enzymes producing during the period of secondary metabolism including laccase and making the enzyme expression in advance for shortening the fermentation period.

漆酶(Lac)是重要的木质素降解酶，在生物能源和环境修复等领域具有重要的应用价值。作为主要的Lac来源，白腐菌Lac产量低、在次级阶段受诱导表达等制约了其规模化应用。项目组首次发现热激转录因子Hsf1可能参与白腐菌中Lac同工酶基因表达调控。基于此，本项目拟以前期获得的生长快、高产Lac耐热毛栓菌Trametes trogii S0301为材料， 分析Hsf1对lac13、1和50等基因启动子的激活效应和结合位点，明确Hsf结合元件(HSE)在Lac同工酶上游调控区的分布、碱基组成等与Lac基因表达量的关系；构建Hsf1过量表达毛栓菌菌株，分析胞外Lac活性、同工酶的转录和胞外蛋白的表达差异，明确Hsf1对产酶周期、产酶量及对酶类型的调节效应。通过项目实施揭示Hsf调控白腐菌Lac表达的分子机制，探索通过转录因子实现Lac等重要酶类的大量表达和提前表达，为促进Lac的规模化应用奠定基础。

漆酶(Lac)是重要的木质素降解酶，在生物能源和环境修复等领域具有重要的应用价值，但白腐菌Lac产量低、在次级阶段受诱导表达等制约了其规模化应用。本项目以优势产漆酶耐热毛栓菌T. trogii S0301为出发材料，在优化建立耐热毛栓菌T. trogii S0301同核体菌株中基因过量表达转化方法和系统获得该菌株中漆酶同工酶多样性、基因组的基础上，研究了漆酶调控相关热激转录因子Hsf2在不同温度、不同Cu离子浓度条件下的表达规律，克隆获得了HSF2两个不同的选择性剪接转录本，通过原核表达得到了HSF2不同结构域区段的蛋白并制备了多克隆抗体，构建HSF2两个选择性剪接转录本不同结构域编码区段在耐热栓菌菌株中的过量表达株系，并完成了DNA和mRNA水平的分子检测。其中HSF2-2的过量表达菌株进行了产漆酶相关表型研究，与野生型菌株相比，HSF2-2过量表达菌株表现为第6 d时，胞外总漆酶活性最大增加5-8倍、产漆酶进程加速、漆酶同工酶表达谱改变和漆酶性质的改变等表型，与预期结果一致。在此基础上，我们进一步探究了HSF2调控漆酶表达的分子机制，推测全长HSF2蛋白与HSF-N末端结构域蛋白通过相互作用调控漆酶同工酶基因的表达。通过本项目研究，首次揭示熱激转录因子及其选择性剪接体在漆酶同工酶表达调控中发挥重要作用，并初步阐明了熱激转录因子HSF2参与耐热毛栓菌中漆酶同工酶基因表达调控的分子机制，为该菌株中漆酶等次生阶段表达酶类的大量表达和提前表达的技术平台提供了良好示范。