高盐胁迫因子对发菜胞外多糖生物合成的分子调控机制

Nostoc flagelliforme (N. flagelliforme) is one of the terrestrial cyanophytes with high economic value, which is distributed in arid or semiarid steppes in the Northwest China. Owing to the high medicinal and economic value of the N. flagelliforme exopolysaccharide, the wild N. flagelliforme resources are overexploited to be endangered. Thus, it is of important theoretical and practical significance to investigate the molecular mechanism of the biosynthesis of N. flagelliforme exopolysaccharide. In this project, the transcriptome of N. flagelliforme under high salt stress will be sequenced using RNA-seq technology and the genes involved in N. flagelliforme exopolysaccharide biosynthesis are to be cloned and characterized, combining with the methods of biological information. Furthermore, the project intends to figure out the underlying mechanism of N. flagelliforme exopolysaccharide biosynthesis responding to high salt repression, utilizing gene knockout, genetic complementation and overexpression. Here, based on the novel research method and idea, the project will provide a solid theoretical and practical foudation for directional modification of N. flagelliforme exopolysaccharide biosynthesis pathway to obtain high-efficient production of N. flagelliforme exopolysaccharides. Besides, this will provide an alternative to protection of wild N. flagelliforme resources.

发状念珠藻（Nostoc flagelliforme）是一种陆生蓝藻，俗称发菜，分布于我国西北部的干旱和半干早地区。由于其发菜胞外多糖具有较高的药用价值和经济价值，致使野生发菜资源过度采集而处于濒危状态，因此深入开展发菜胞外多糖生物合成的分子机制研究具有重要的理论和实际意义。为解析该分子机制，本研究拟以高盐胁迫条件下发菜胞外多糖高产的发菜细胞和正常发菜细胞为研究对象，运用高通量RNA-seq测序技术进行转录组分析，结合生物信息学方法，分离克隆发菜胞外多糖生物合成相关基因；进而利用基因敲除、遗传互补以及过表达等方法揭示发菜胞外多糖生物合成基因功能及其响应高盐胁迫的分子调控机制。本项目将新的研究手段和思路运用于阐明发菜胞外多糖生物合成的分子调控机制，将为定向改造发菜胞外多糖生物合成途径高效生产发菜胞外多糖提供理论基础和实践依据，将为野生发菜资源保护提供新思路、新方法。

发状念珠藻（Nostoc flagelliforme）是一种陆生蓝藻，俗称发菜，分布于我国西北部的干旱和半干早地区。由于其发菜胞外多糖具有较高的药用价值和经济价值，致使野生发菜资源过度采集而处于濒危状态，因此深入开展发菜胞外多糖生物合成的分子机制研究具有重要的理论和实际意义。为解析该分子机制，本研究拟以高盐胁迫条件下发菜胞外多糖高产的发菜细胞和正常发菜细胞为研究对象，运用高通量RNA-seq测序技术进行转录组分析，共生成6992978580 nt数据，组装共得到29338条All-unigene，有25176条（85.81%）通过Blast获得功能注释。差异表达基因的GO功能聚类和Pathway代谢通路分析发现，基因涉及到光合作用、糖酵解/糖合成、Na+/K+运输、能量代谢、核糖体代谢、次级代谢产物生物合成等众多通路。通过与数据库中海量信息比对并辅助生物学软件分析, 通过引物设计，以发菜全基因组为模板，进行PCR扩增反应，得到基因的不完整序列，然后通过TAIL-PCR和染色体步移的方法，成功克隆得到大小为13602bp的发菜胞外多糖合成基因簇1，共有10个基因编码区存在。同时，克隆得到大小为15462bp的发菜胞外多糖合成基因簇2，共有13个基因编码区存在；进一步地，利用大肠杆菌成功克隆表达了发菜胞外多糖生物合成相关基因；筛选鉴定到参与高盐胁迫下发菜胞外多糖合成相关的转录调控因子RpoS，SigA，RpoF，RpoD和RpoH。同时，对高盐胁迫下的发菜多糖结构组成及生物活性进行了鉴定。本项目的实施将为定向改造发菜胞外多糖生物合成途径高效生产发菜胞外多糖提供理论基础和实践依据，将为野生发菜资源保护提供新思路、新方法。