盐度胁迫调控海洋灰绿曲霉发育转变的分子机制研究

Aspergillus glaucus HB 1-19 is a typical salt-tolerance marine-derived filamentous fungus. In previous study, it showed that salt stress inhibited sexual development but promoted asexual development and antitumor aspergiolide A biosynthesis even under the sexual reproduction favorable conditions. To present, molecular mechanism of salt stress-dependent developmental change was seldom reported. This project aims to study variations of signal transduction pathways of asexual development, analyze subcellular localization of fungal global regulator VeA and protein complex composition of VeA, LreA, LreB and FphA, and perform De novo transcriptome analysis from RNA-seq reads. By these studies, the mechanism of salt stress-dependent developmental change of A. glaucus would be well explained. Besides, as development of filamentous fungus is closely related to secondary metabolism, this work also trys to analyze relationship among salt stress, asexual development and secondary metabolism to seek new ways for improving biosynthesis of marine fungal bioactive compounds.

海洋灰绿曲霉HB1-19是典型的海洋霉菌，可以耐受高盐环境。前期研究发现，在利于常规霉菌有性发育的培养条件下，盐度胁迫却促使该菌由有性发育转变为无性发育，并显著促进了抗癌产物灰绿霉素A的合成。然而，目前有关盐度胁迫调控丝状真菌（霉菌）发育及其转变的作用机理未见报道。本课题将针对该问题，开展盐度胁迫调控海洋灰绿曲霉发育转变的分子机制研究。通过分析盐度胁迫调控的无性发育信号转导途径的变化规律，分析全局调控因子VeA的亚细胞定位及蛋白复合体组成或结构的变化规律，开展基于RNA-seq的无参考基因组的转录组分析，首次从不同层面解读盐度胁迫调控海洋灰绿曲霉由有性向无性发育转变的作用机制。由于霉菌发育与次级代谢密切相关，本研究也将寻找海洋霉菌无性发育、次级代谢与盐度调控之间的内在关系，为促进海洋霉菌活性代谢产物的生物合成探索新途径。

海洋灰绿曲霉HB1-19是典型的海洋霉菌，可以耐受高盐环境。在利于常规霉菌有性发育的培养条件下，盐度胁迫却促使该菌由有性发育转变为无性发育，并显著促进了抗癌产物灰绿霉素A的合成。然而，目前有关盐度胁迫调控丝状真菌发育及其转变的作用机理未见报道。本课题针对该问题，开展了盐度胁迫调控海洋灰绿曲霉发育转变的分子机制研究。.首先，通过染色体步移及简并PCR获得了发育与次级代谢全局调控因子基因AgveA及其关键蛋白复合体基因AgfphA、AglreA和AglreB，且盐度胁迫的确影响了AgveA基因的转录，对VeA蛋白复合体的影响可能还存在于蛋白间的相互作用。AgveA基因的缺失导致灰绿曲霉在高盐度胁迫条件下子囊果的合成完全受阻，而在低盐度胁迫条件下产生分生孢子的同时也生成了极少量的子囊果，同时该基因缺失对菌落形态、菌丝生长速率均有显著影响。其次，通过染色体步移及简并PCR获得了无性发育途径关键基因AgfluG、AgbrlA、AgabaA、AgwetA和AgvosA，通过分析去离子水、人工海水和NaCl溶液(人工海水等渗溶液)下各基因的表达差异，表明人工海水促进灰绿霉素A的合成很可能是由于人工海水中金属离子影响了次级代谢而不是由于无性发育的增强。通过人工控制核心基因AgbrlA的表达及不表达，发现该基因对细胞维持无性发育至关重要，且有性发育更利于灰绿霉素A的合成而不是无性发育，这为促进灰绿霉素A的合成提供了新的调控思路。然后，通过染色体步移及简并PCR获得了压力响应基因Agseb1。该基因的缺失利于菌丝体的分叉并延缓菌落生长，促进了AgbrlA的表达但极可能弱化了无性分生孢子发育的下游途径从而减弱了无性发育，并且减弱了灰绿霉素A的合成。同时，Agseb1对于维持菌株对高渗环境的敏感性非常重要。最后，通过基于RNA-seq的无参考基因组的转录组分析，考察了盐度胁迫与非盐度胁迫环境中细胞全局基因表达差异，结果表明盐度胁迫可以非常显著地调节细胞生长、发育及代谢，甚至掩盖了光信号的强调控作用，并且最终发现所谓的“盐度胁迫”诱导的次级代谢产物合成实际上应归属于 “金属离子”的调节作用。该研究对于进一步探索盐度胁迫调控海洋菌生长、发育及次级代谢提供了参考，为人工设计新培养工艺促进海洋活性产物的合成提供了依据。