金針菇菌柄細胞壁伸長作用的分子機制研究

《金針菇菌柄細胞壁伸長作用的分子機制研究》是依託南京師範大學，由袁生擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：金針菇菌柄細胞壁伸長作用的分子機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：袁生
• 依託單位：南京師範大學

項目摘要

子實體菌柄細胞伸長生長機理目前流行水解酶學說，水解酶降解作用使細胞壁持續鬆弛擴張，解除了細胞壁對細胞生長的束縛，使新合成的壁物質摻入到壁中。但近來研究發現，高等植物細胞壁伸長生長依賴一種細胞壁擴張蛋白expansin，其作用機制不是通過水解作用，而是通過破壞細胞壁中纖維素及其它多糖成分之間的氫鍵，使細胞壁鬆弛擴張。在前期預研中，我們首次發現金針菇子實體與高等植物細胞壁一樣，存在著酸性伸長生長特性，並分離純化到一個蛋白質，以非水解作用的方式誘導離體滅活的子實體菌柄細胞壁伸長，提示傘菌子實體菌柄細胞壁伸長生長作用機理與高等植物類似，儘管兩者細胞壁的化學組成和結構非常不同。本課題以此為基礎，研究金針菇菌柄細胞壁伸長生長特性；分離、純化金針菇細胞壁擴張蛋白；擴張蛋白基因克隆和重組表達；研究擴張蛋白酶學性質及其菌柄細胞壁化學組成，闡明金針菇菌柄細胞壁伸長生長的分子機制。

結題摘要

傘菌子實體菌柄細胞伸長生長機理以往流行水解酶學說。近來研究發現，高等植物細胞壁伸長生長依賴一種細胞壁伸長蛋白，不是通過水解作用，而是通過破壞細胞壁多糖成分之間氫鍵，使細胞壁擴張。本課題研究金針菇菌柄伸長生長特性及細胞壁擴張蛋白，闡明細胞壁擴張作用機理。(1)研究表明，金針菇離體菌柄細胞壁存在酸誘導擴張活性，細胞壁擴張活性沿菌柄頂端到基部呈梯度分布,加熱可滅活細胞壁擴張活性。由於金針菇菌柄最大伸長生長區域僅頂端1-2mm區域，且伸長蛋白含量低，難以從中分離純化，故從真菌細胞壁破壁酶蝸牛酶中分離純化獲得一個菌柄伸長蛋白，在酸性下誘導菌柄細胞壁擴張。但不水解多糖、蛋白質和金針菇細胞壁，為非水解作用機制誘導菌柄細胞壁伸長。(2)通過篩選，發現灰蓋鬼傘菌菌柄最大伸長生長發生在菌柄頂端菌蓋內的9mm區域，而基部及其膨大區域不伸長，離體菌柄細胞壁活性大小分布與伸長生長區域的分布相一致，是一種研究菌柄伸長作用的極好材料。菌柄細胞壁擴張活性呈酸依賴性，分為一個非蛋白質介導的短期擴張作用和一個蛋白質介導的長期擴張作用。蝸牛expansin like protein 可以重組熱滅活菌柄細胞壁長期擴張作用。(3)發現菌柄快速伸長頂部區域，細胞壁幾丁質微絲橫向緊密排列，有助於微絲之間的相互分離，新合成幾丁質插入。隨著細胞壁成熟，沿菌柄頂部到基部，細胞壁表面顆粒和無定形物質逐漸沉積，微絲和細胞壁基質的組成和交聯逐漸發生改變，引起細胞壁硬化，細胞壁伸長作用停止，揭示了菌柄不同區域伸長生長和細胞壁擴張活性差異的結構基礎。(4)從鬼傘菌蓋提取液中分離純化獲得四個葡聚糖水解酶，beta-glucosidase, beta-1,3-glucosidase, exo-beta-1,3-glucanase 和endo- beta-1,3-glucanase,這些酶協同作用水解真菌細胞壁骨架成分beta-1,3/1,6-glucan。紫外誘變獲得了一株非自發水解突變株, 葡聚糖水解酶活性明顯下降，而幾丁質酶和蛋白酶水解活性並沒下降，在43個葡聚糖酶基因中，僅有上述4個葡聚糖酶基因連同另一個葡聚糖酶基因高表達, 揭示葡聚糖水解酶在菌蓋自發水解過程中起主要作用。(5)獲得一種灰蓋鬼傘細胞壁蛋白，能重組熱滅活的菌柄細胞壁長期伸長活性，後續研究工作2015年獲得了國家自然科學基金項目資助。