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角毛壳菌(Chaetomium cupreum Ames)是一种重要的生物防治真菌,对多种植物病原真菌均有很好的防治作用。本文以角毛壳菌(C.cupreum)为研究对象,应用cDNA文库构建、表达序列标签测定(ESTs)、生物信息学分析和转基因技术,研究角毛壳菌(C.cupreum)的生物防治分子机理,为研究和开发新型角毛壳菌(C.cupreum)微生物杀菌剂奠定坚实的基础。 利用分别以葡萄糖和几丁质为碳源生长的角毛壳菌(C.cupreum)菌丝体为材料,成功地构建了角毛壳菌(C.cupreum)两个不同培养条件下的cDNA文库,分别命名为菌丝体cDNA文库(简称C1文库)和菌丝体诱导cDNA文库(简称C2文库)。C1文库的滴度为0.93×106pfu/mL,重组率为94.2%,插入片断平均长度约1.3kb。C2文库滴度为1.02×106pfu/mL,重组率为95.3%,插入片断平均长度约1.2kb。 对随机挑选的cDNA克隆进行ESTs测定和生物信息学分析,C1文库共获得3069条高质量ESTs序列,它们代表了1471条单一基因(unigenes),包括392条重叠群(contigs)和1079条单拷贝基因(singlets)。其中874条单一基因与国际公共非冗余蛋白质数据库蛋白同源,代表已知功能基因,597条为未知功能的新基因。GO分类表明已知基因中与生物学过程(61.75%)相关的功能基因最多,其次是分子生物学功能基因(33.65%)和细胞组分(4.60%)功能基因。 C2文库共获得1221条ESTs序列,拼接为828条单一基因,包括176条重叠群,652条单拷贝基因;468条为已知功能基因,360条为未知功能新基因。已知基因中也是与生物学过程相关的功能基因所占比例最高(63.31%),其次是分子生物学功能基因(33.77%)和细胞组分功能基因(2.92%)。C1和C2文库所获得的ESTs序列登录在国际GenBank数据库中,序列接受号为DV544375-DV548659。 对C1和C2文库进行了基因表达差异分析。在两个文库中共同表达的基因是333条,C1文库中特异表达基因是1138条,C2文库中特异表达基因是495条,其中包括11条与生物防治相关的基因。 对C1和C2文库进行了代谢途径差异分析。共发现角毛壳菌(C.cupreum)70种代谢途径,其中C1文库中包括67种代谢,C2文库中包括63种代谢。分析表明,角毛壳菌(C.cupreum)在与植物病原真菌斗争过程中,通过启动糖异生作用等代谢来提高自身的生长速度,以争取更多的营养和生存空间与植物病原真菌竞争。 C1文库中得到20条与生物防治相关的基因,C2文库中得到23条与生物防治相关的基因,研究发现,角毛壳菌(C.cupreum)的生物防治作用是多机制协同作用的复杂体系,主要涉及细胞壁降解作用、蛋白酶水解作用、拮抗作用等。 两个文库获得的生物防治基因不同。C2文库中独有的与生物防治相关表达基因主要是PTR2转运蛋白(DV547977)、β-N-乙酰葡糖胺糖苷酶(DV545166)、α-葡萄糖苷酶(DV548040)、ABC转运蛋白(DV546007)。 克隆了角毛壳菌(C.cupreum)46kDa内切几丁质酶基因(Chi46,序列登录号EUI42805),利用构建的pYES2-Chi46酵母表达载体,将Chi46基因成功转化到酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)H158菌株。对转化子发酵条件进行优化,结果表明:当半乳糖诱导浓度为2.5%、几丁质浓度为0.4%、诱导培养基的起始pH值为6时,可较大幅度地提高转化子几丁质酶酶活,最高可达1.96U。