基于全基因组的金针菇光受体基因鉴定及表达分析_刘建雨.pdf

Research paper 研究论文 22 March 2023,42(3):759-769 菌物学报 Mycosystema ISSN1672-6472 CN11-5180/Q Doi:10.13346/j.mycosystema.220245 资助项目：上海市科技兴农项目沪农科创字(2020)第 1-3 号 This work was supported by the Shanghai Agriculture Applied Technology Development Program,China(G20200103-Enhancement of Elite Germplasm and Promotion of New Varieties in Industrial Edible Fungi).*Corresponding author.E-mail:#Co-first author Received:2022-06-30;Accepted:2022-07-20 Copyright 2023 Institute of Microbiology,CAS.All rights reserved.| Http:/journals- Tel:+86-10-64807521 菌物学报 759 基于全基因组的金针菇光受体基因鉴定及表达分析 刘建雨1#，李婧霆2#，陆欢1，于海龙1，宋春艳1，李巧珍1，张丹1，徐珍1，尚晓冬1，王瑞娟1*1 上海市农业科学院食用菌研究所 农业农村部应用真菌资源与利用重点实验室 国家食用菌工程技术研究中心，上海 201403 2 上海海洋大学食品学院，上海 201306 摘 要：在金针菇全基因组中鉴定到 4 个蓝光受体基因和 1 个红光受体基因。分别对 5 个基因的序列进行生物信息学分析，包括基因一级结构分析、保守结构分析、亚细胞定位预测以及跨膜区分析。亚细胞定位结果显示金针菇蓝光受体 FfWC-1 和红光受体 FfPhy 同时存在于细胞质和细胞核中，其他 3 个光受体定位于细胞质中；跨膜区分析显示 5 个光受体都没有跨膜区。组织表达分析FfWC-1、FfWC-2 和 FfCry-DASH 主要在成熟菌盖中表达，FfCpl 和 FfPhy 主要在菌丝中表达。经蓝光处理和红光处理后，5 个基因的表达模式也各不相同。在金针菇基因组中未发现有 VIVID 基因和绿光受体基因。本结果为进一步研究金针菇乃至食用菌的光生物学特征提供了分子理论基础。关键词：金针菇；基因鉴定；光受体；表达分析 引用本文 刘建雨，李婧霆，陆欢，于海龙，宋春艳，李巧珍，张丹，徐珍，尚晓冬，王瑞娟，2023.基于全基因组的金针菇光受体基因鉴定及表达分析.菌物学报，42(3):759-769 Liu JY,Li JT,Lu H,Yu HL,Song CY,Li QZ,Zhang D,Xu Z,Shang XD,Wang RJ,2023.Genome-wide characterization and expression analysis of the photoreceptors encoded in Flammulina filiformis.Mycosystema,42(3):759-769 刘建雨 等/基于全基因组的金针菇光受体基因鉴定及表达分析 研究论文 菌物学报 760 Genome-wide characterization and expression analysis of the photoreceptors encoded in Flammulina filiformis LIU Jianyu1#,LI Jingting2#,LU Huan1,YU Hailong1,SONG Chunyan1,LI Qiaozhen1,ZHANG Dan1,XU Zhen1,SHANG Xiaodong1,WANG Ruijuan1*1 National Engineering Research Center of Edible Fungi,Key Laboratory of Edible Fungal Resources and Utilization(South),Ministry of Agriculture and Rural Affairs,P.R.China,Institute of Edible Fungi,Shanghai Academy of Agricultural Sciences,Shanghai 201403,China 2 College of Food Science&Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China Abstract:Four putative blue light receptor genes and one red light receptor gene were identified in the whole genome of Flammulina filiformis.The sequences of the five genes were analyzed by bioinformatics,including gene primary structure analysis,conservative structure analysis,subcellular localization prediction and transmembrane region analysis.The results of subcellular localization showed that the blue light receptor FfWC-1 and red light receptor FfPhy stimutaneously existed in the cytoplasm and nucleus,and the other three light receptors were localized in the cytoplasm.Transmembrane domain analysis showed that none of the five photoreceptors had transmembrane domain.Tissue expression indicated that FfWC-1,FfWC-2 and FfCry-DASH were mainly expressed in mature pileus,while FfCpl and FfPhy were mainly expressed in mycelium.After blue light and red light treatment,the expression patterns of the five genes were also different.VIVID gene and green light receptor gene were not found in the Flammulina filiformis genome.The results provide a molecular basis for further study on photobiological characteristics of Flammulina filiformis and even other edible fungi.Keywords:Flammulina filiformis;gene identification;photoreceptor;expression 光照是地球上最重要的环境因子之一，影响几乎所有生物的生长发育。真菌是通过光受体来感受并传递光信号，随着真菌光生物研究的深入，光形态建成成为真菌发育生物学研究的热点，特别是光受体基因的鉴定、功能研究以及下游光信号传导机制的研究更为广泛。目前光受体的 研 究 以模 式 真 菌粗 糙 脉 孢菌 Neurospora crassa为多。在真菌中发现的光受体主要有3种，分别是有黄素生色团结合域的蓝光受体、含有视蛋白的绿光受体和以线性四吡咯为发色团的红光受体(Yu&Fischer 2019)。大多数真菌至少含有 2 种光受体，有些甚至同时含有 3 种(Yu et al.2021)。粗糙脉孢菌中的White Collar-1(NcWC-1)是在丝状真菌中鉴定的第一个光受体蛋白(He et al.2002)，随后粗糙脉孢菌中的 WC-2、隐花色素和 VIVID 等光受体相继被报道(葛欣等 2018)。食用真菌中的子囊菌蛹虫草中目前已鉴定出 7 种光受体，并且针对这 7 种光受体在蛹虫草中的作用已做相关研究(赵敏洁等 2021)。金针菇 Flammulina filiformis 是最早实现工厂化生产的食用菌品种，也是历年来日产量和年产量最大的工厂化品种。金针菇子实体分化需要光照刺激而菌柄伸长需要光照调控。早在1990 年，我国就有利用光照调控金针菇出菇的报道(赵根交 1990)。然而截至目前，关于金针菇光受体的研究甚少。本研究基于金针菇全基因组序列鉴定到4 个蓝光受体 WC-1(white collar-1,FfWC-1)、Research paper 22 March 2023,42(3):759-769 Mycosystema ISSN1672-6472 CN11-5180/Q 菌物学报 761 WC-2(white collar-2,FfWC-2)、DASH 型隐花色素(cryptochrome-Drosophila,Arabidopsis,Synechocystis,human,FfCry-DASH)、环丁烷嘧啶二聚体(cyclobutane pyrimidine dimer)光裂解酶(CPD photolysae,FfCpl)和 1 个红光受体光敏色素(phytochrome,FfPhy)。利用软件对这 5 个基因进行生物信息学分析，利用实时荧光定量PCR技术对这 5 个基因在金针菇中的表达特性进行分析，为进一步研究金针菇乃至食用菌光生物学建成提供理论依据。1 材料与方法材料与方法 1.1 供试材料 1.1.1 菌株 金针菇F.filiformis单核体菌株Dan3由上海市农业科学院食用菌研究所良种创新与繁育研究室保存并提供。1.1.2 试剂和仪器 RNA 提取试剂盒(TaKaRa MiniBEST Plant RNA Extraction Kit)、反转录试剂盒(PrimeScriptTM RT Reagent Kit with gDNA Eraser)购自宝日医生物技术有限公司；荧光定量试剂盒(TransStart Top Green qPCR SuperMix)购自北京全式金生物技术有限公司；生化培养箱(ZXSD-B1430)购自上海智城分析仪器制造有限公司；荧光定量PCR 仪(QuantStudio 6 Flex System)购自 Applied Biosystem 公司。1.2 基因序列的获得 在金针菇三代基因组测序结果中，根据关键词搜索，获得金针菇蓝光受体基因 FfWC-1、光裂解酶基因 FfCpl、DASH 型隐花色素基因FfCry-DASH，以及红光受体光敏色素基因 Ffphy的全长序列。蓝光受体基因FfWC-2的序列通过以下方法获得：用香菇 Lentinula edodes phrB 基因序列(Accession No.AB446463.1)和 糙 皮 侧 耳Pleurotus ostreatus WC-2 基因序列(Accession No.XM_036770547.1)在金针菇全基因组中进行本地BLAST比对(ftp:/ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/)，将比对获得的基因序列分别向上游和下游各延伸 5 kb，将延