莱氏野村菌两型转换的初步研究

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近年来对以虫生真菌为代表的生物农药的相关研究逐渐成为研究热点。这其中就包括莱氏野村菌(Nomuraea rileyi),它能够侵染多种鳞翅目昆虫,特别是夜蛾科害虫,在田间能引发害虫的流行病,具有潜在应用价值。  莱氏野村菌在自然侵染和人工培养生长过程中呈现两型生长,即前期以酵母态细胞进行增殖,然后再转换为菌丝,进而产生分生孢子。对其两型生长研究有助于揭示其两型转换机制,指导生产应用。而且莱氏野村菌酵母型细胞可作为良好受体细胞,用于遗传转化体系的构建和基因敲除、回复和超表达。目前真菌两型态生长研究主要集中在人类致病菌,野村菌等虫生真菌的两型转换调控机理研究寥寥无几。本研究在详细观察莱氏野村菌两型转换过程的基础上,对现有制备莱氏野村菌酵母型细胞的划线法进行优化改良,获得了酵母型孢子同步大量制备技术;利用比较转录组技术,分析两型转化过程中差异表达基因,探索两型转换的分子调控机理,找出并验证两型转换的关键调控因素。研究为满足莱氏野村菌遗传转化操作需求提供了有效方法,并为野村菌两型转换机制研究奠定了基础。取得主要研究结果如下:  ①优化酵母型细胞制备方法  为提高酵母型细胞得率,通过单因素对制备方法进行优化。结果发现,冷藏保存3个月内的分生孢子均可用于莱氏野村菌酵母型细胞的制备。1%琼脂浓度可以提供合适的培养基硬度,产生相对较长的酵母型细胞生长期和收获时间窗口。接种密度、培养基琼脂浓度等因素均影响到酵母型细胞的生长期、生长同步性。采取临空播撒接种可以充分分散分生孢子,降低接种密度,形成酵母型细胞菌落数量较多而且生长大体同步。  ②莱氏野村菌在固体培养基上的两型转换过程  采用优化后的方法制备酵母细胞接种至SMAY培养基表面,菌落和显微水平观察并描述其两型生长,确定在该实验环境下,12小时以内为莱氏野村菌酵母型细胞生长阶段,24-96小时为酵母型向菌丝型转换阶段,96-168小时为两型转换结束阶段。  ③莱氏野村菌两型转换过程的转录组学分析  采用现代测序技术对两型生长过程中酵母型细胞和两型转换初期细胞进行比较转录组学分析。累计获得了4.40 Gb核苷酸数据,拼接形成20,165个unigene序列,经多个数据库比对分析,其中14,484个序列(71.83%)已经被注释。共计6,559个序列分别属于40个基因功能大类,8,957个序列经注释属于108个KEGG通路。两个转录组内共有6,048个差异表达基因,其中有2,023个差异表达基因被纳入25个基因功能分类,2,931个差异表达基因经注释属于108条KEGG通路,富集KEGG途径则为5条。通过重点分析富集KEGG途径中上调和特异表达基因,发现RIM101途径、磷脂酰肌醇途径等多个调控途径和基因参与莱氏野村菌的形态转换,并对这些基因进行了荧光定量PCR验证。结果表明在两型转换过程中,多个调控途径和相关基因参与其中,同时细胞骨架、细胞表面成分等也出现了变化。所获得基因信息为深入研究莱氏野村菌两型转换的分子调控机理提供了重要线索和参考依据。  ④ pH是影响莱氏野村菌两型转换的重要因素  依据比较转录组学分析结果发现,环境pH响应相关RIM101途径在莱氏野村菌两型转换期显著上调表达,由此推测环境pH值是影响莱氏野村菌两型转换的一个重要因素,随后采用pH梯度培养试验进行验证。菌落和显微观察结果证明,在一定pH范围内,酸性环境可使莱氏野村菌的两型转换加快;在中性和碱性环境下,莱氏野村菌会在较长时间内保持酵母型细胞生长状态,菌丝型菌体推迟形成。  结论:莱氏野村菌两型转换受环境pH和细胞密度调控,并受到培养基琼脂浓度/培养基硬度影响。孢子散布法由于充分分散了分生孢子,接种密度均匀一致,是适合大量制备酵母型孢子用于基因组学研究的简便易行的方法。在分子水平上,莱氏野村菌的两型转换涉及大量基因和多条代谢通路,环境pH响应相关的RIM101途径、与极性生长相关的磷脂酰肌醇途径等多个调控途径和基因参与莱氏野村菌的形态转换。具体这些基因如何调控两型转换还需要进一步研究。
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