亚麻酸及其氧合物调控黄曲霉毒素合成的机理研究

Aflatoxins (AFs) are highly toxic and carcinogenic secondary metabolites produced by Aspergillus species. Although it has been known for a long time that seeds with high fatty acid (FA) contents are more susceptible to AF contaminations, the role of FAs on AF biosynthesis remains controversial. Our previous studies showed that both saturated and unsaturated FAs promoted AF biosynthesis in A. flavus, however, following exposure to air, polyunsaturated FAs，such as, linlolenic acid, inhibited AF biosynthesis via oxylipins (Yan et al., 2014). In this project, we plan to reveal the regulation of metabolic pathway in A. flavus by linlolenic acid and linlolenic acid-derived oxylipins through metabolomics and transcriptomics study. To explore whether linolenic acid and linlolenic acid-derived oxylipins are detected by G protein-coupled receptors (GPCRs) of A. flavus, we also conduct the study to compare the wildtype and 15 GPCRs mutants of A.flavus. We hope to clarify the molecular mechanism of the regulation on AFs biosynthesis by linlolenic acid and linlolenic acid -derived oxylipin in this project, and we believe results obtained may open up new avenues for preventing aflatoxin contamination on oilseeds.

黄曲霉毒素是由曲霉真菌产生的一类剧毒致癌性次生代谢物。人和动物食用被毒素污染的食物后可诱发癌症等多种致命疾病。前人发现含油量高的作物种子在感染曲霉真菌后更易产生黄曲霉毒素，但是不同实验室发表的脂肪酸影响毒素合成的结果之间存在矛盾。我们的前期研究发现这种矛盾很可能是由于油脂的不饱和脂肪酸被氧化导致，亚麻酸促进黄曲霉菌的毒素合成，但亚麻酸氧合物抑制毒素合成（已发表）。本课题拟利用已建立的黄曲霉代谢组学研究体系和RNA-seq等分子生物学手段，研究亚麻酸及其氧合物如何作用于黄曲霉胞内主代谢和次生代谢途径；同时利用黄曲霉菌野生型和15个G蛋白偶联受体（GPCRs）基因敲除的突变株开展比较实验，探索黄曲霉是否通过GPCRs感受亚麻酸及其氧合物从而启动或抑制毒素合成途径。希望通过本课题的研究阐明亚麻酸及其氧合物调控黄曲霉毒素合成的作用机理。该研究有望为控制油料作物种子的黄曲霉毒素污染提供理论指导。

黄曲霉毒素是由曲霉真菌产生的一类剧毒致癌性次生代谢物。人和动物食用被毒素污染的食物后可诱发癌症等多种致命疾病。为了研究亚麻酸氧合物如何作用于黄曲霉菌胞内主代谢和次生代谢途径，在不影响菌丝生长的前提下，最终关闭黄曲霉菌的黄曲霉毒素合成途径。还探索了黄曲霉是否通过GPCRs感受亚麻酸氧合物从而启动胞内信号途径来抑制毒素合成。本课题利用已建立的稳定的黄曲霉液体培养体系和成熟的组学研究技术，先后开展了基于GC-MS和LC-MS平台的黄曲霉菌胞内代谢组分析，RNA-seq转录组分析，和qRT-PCR基因表达定量分析，生理生化指标测定以及细胞形态学观察。并且利用黄曲霉菌野生型和15个G蛋白偶联受体（GPCRs）基因敲除的突变株开展产毒素比较，筛选互补表型实验。研究结果表明: 1) 亚麻酸氧化合物对黄曲霉菌次生代谢的调控是途径特异性的，它能显著抑制黄曲霉毒素，颤曲霉毒素等合成途径，却促进曲酸和另外一种新报导的化合物Imizoquins的合成; 2）能加快黄曲霉菌胞内糖代谢过程，并且促进三羧酸循环和氨基酸代谢; 3）我们推测这些次生代谢途径的调控是亚麻酸氧化合物被黄曲霉菌细胞膜的未知受体感知，并不是GPCRs受体，从而促进孢子萌发成菌丝体，胞内初生代谢得到了促进，次生代谢受到特异性调控。但是基于此项目获得的数据并没有阐明清楚信号传导和代谢调控网络。希望通过申请经费开展下一步工作阐明亚麻酸氧合物抑制黄曲霉毒素合成的作用机理。该研究有望为控制油料作物种子的黄曲霉毒素污染提供理论指导。