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DAP-seq技术在bHLH-zip转录因子调控灵芝代谢研究中的应用

更新时间:2023-01-28   点击次数:620次

灵芝酸(GAs)是一种三萜类化合物,是灵芝属中的关键药理活性化合物,具有多种生物学功能。然而,直接调控GA生物合成的转录因子仍然知之甚少。

2023年01月03日中南林业科技大学的最新研究成果,发表在Communications Biology 期刊上(影响因子6.548),文章题目为“The bHLH-zip transcription factor SREBP regulates triterpenoid and lipid metabolisms in the medicinal fungus Ganoderma lingzhi"。该研究使用DNA亲和纯化测序(DAP-seq)技术鉴定了药用真菌灵芝中bHLH-zip转录因子SREBP的结合基序和靶基因。进一步研究揭示了SREBP调控灵芝中三萜类化合物和脂质代谢的分子机制,为提高灵芝物种的GA产量提供了宝贵的基因资源。

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该研究首先采用Illumina和PacBio测序策略对灵芝菌株的基因组进行了从头测序和组装,随后进行了基因功能分析,并注释了参与三萜类化合物和麦角甾醇生物合成的基因。然后,通过多个物种的基因保守性比对分析,筛选到了调控三萜生物合成的潜在bHLH-zip转录因子甾醇调节元件结合蛋白(SREBP)。

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图1. 在全基因组水平上鉴定SREBP结合位点和基序

通过DAP-seq分析,在全基因组水平鉴定了转录因子SREBP的结合位点和靶基因。进一步对这些靶基因进行KEGG富集分析,发现包括三萜类化合物合成和脂质代谢相关途径富集。电泳迁移实验(EMSA)进一步验证了SREBP与靶基因之间的相互作用。

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图2. RNA-seq分析显示了SREBP调控灵芝三萜类、麦角甾醇和脂质生物合成基因的表达

通过RNA-seq与DAP-seq联合分析,发现SREBP靶基因之中,参与类固醇和三萜类生物合成的甲羟戊酸激酶(g3941)和3-羟基-3-甲基戊二酰合成酶(g1941),以及参与麦角甾醇生物合成的甾醇异构酶(ERG2,g7787)和羊毛甾醇14-脱甲基酶(ERG11,g3908),在SREBP过表达菌株(OEP::SREBP)中显著上调表达。此外,参与甘油磷脂/甘油脂代谢的3个靶基因,乙醇胺-磷酸转移酶(g1208)、溶血磷脂酰基转移酶(g4309)和心磷脂特异性磷脂酶(g4280)也显著上调表达。次级代谢组学和脂质代谢组学分析发现,甲羟戊酸、羊毛甾醇、麦角甾醇和13种不同的GA以及多种脂质的含量在该SREBP过表达菌株中显著增加。此外,当OE::SREBP菌株用外源性SREBP特异性抑制剂fatostatin处理时,SREBP过表达对三萜类化合物和脂质代谢的影响得以恢复。以上RNA-seq、次级代谢组学和脂质代谢组学的分析,揭示了SREBP的过表达通过促进GA、麦角甾醇和脂质生物合成相关靶基因的转录,导致GA、麦角甾醇和脂质代谢显著增加。

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图3. SREBP调节灵芝GA麦角甾醇和脂质生物合成的机制

总之,该研究在灵芝基因组中发现了一个bHLH-zip转录因子SREBP。DAP-seq鉴定了DNA序列5′-GRVGRVGRVGR-3′为最佳的SREBP结合基序,以及参与GA、麦角甾醇和脂质生物合成的关键靶基因。SREBP过表达菌株的进一步实验研究阐明了SREBP在灵芝三萜类化合物和脂质代谢中的作用及其调控机制。


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