基于多组学技术研究5'-核苷酸酶介导3'-dAMP去磷酸化调控菌类中药虫草素生物合成的机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81803652
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H3201.中药资源
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Wild resources of fungal traditional Chinese medicine (FTCM) is becoming scarce, and its fermentation mycelium has become a good substitute. Cordycepin (3'-deoxyadenosine) is a key component of Cordyceps sinensis that plays an important biological activity, but its biosynthesis mechanism is not clear. Studies have shown that 5'-nucleotide (5'-NT) could mediate dephosphorylation of adenosine monophosphate (AMP) into adenosine in mammalian cells, but it has not been studied whether has a similar effect in FTCM. The preliminary study which based on multi-omics sequencing results of Hirsutella sinensis found that the increase of 5'-NT gene expression was positively correlated with the accumulation of cordycepin, and the results of fermentation control were further indicated that 5'-NT plays an positive role in the biosynthesis of cordycepin, whereas its functions and mechanism of action need to be studied urgently. We proposed cordycepin was synthesized by dephosphorylation of 3'-deoxygenation adenosine monophosphate (3'-dAMP) mediated by 5'-NT in fungus medicine, and 5'-NT plays a key role in the biosynthesis of cordycepin. This study intends to adopt the methods such as iTRAQ and gene editing, and arms to analyze and identify the functions of 5'-NT, and finally confirms the effect of 5'-NT on the biosynthesis of cordycepin by mediating the dephosphorylation of 3'-dAMP in FTCM. This study is expected to reveal a new mechanism of biosynthesis of cordycepin in FTCM, and provides more scientific basis for the metabolic regulation of cordycepin biosynthesis.
菌类中药野生资源日益匮乏,其发酵菌丝体成为了良好替代品。虫草素(3'-脱氧腺苷)是冬虫夏草发挥重要生物活性的关键成分,但其生物合成机制尚不明确。研究表明5'-核苷酸酶(5'-NT)在哺乳动物细胞中可介导腺苷一磷酸(AMP)去磷酸化生成腺苷,但在菌类中药中是否有相似作用尚未研究。前期冬虫夏草中国被毛孢转录组学研究发现,5'-NT基因表达上调与虫草素的积累正相关,发酵调控进一步表明5'-NT在虫草素生物合成中具有促进作用,但其功能及作用机制亟需研究。我们推测5'-NT可通过介导菌类中药3'-脱氧腺苷一磷酸(3'-dAMP)的去磷酸化合成虫草素,并在其生物合成中发挥关键作用。本研究拟采用iTRAQ和基因编辑等技术,分析和确定5'-NT的功能,明确5'-NT通过介导3'-dAMP去磷酸化调控虫草素的生物合成。本研究有望揭示菌类中药虫草素生物合成新机制,为代谢调控虫草素生物合成提供更充分的科学依据。

结项摘要

菌类中药野生资源日益匮乏,其发酵菌丝体成为了良好替代品。虫草素(cordycepin,3'-脱氧腺苷),是从菌类中药中分离得到的一种嘌呤生物碱或腺苷类似物,具有抗菌、抗肿瘤、免疫调节等多种生物学活性,但其生物合成机理尚不清楚。研究表明5'-核苷酸酶(5'-NT)在哺乳动物细胞中可介导腺苷一磷酸(AMP)去磷酸化生成腺苷,但在菌类中药中是否有相似作用尚未研究。本研究采用RNA-Seq转录组学测序分析、蛋白质组iTRAQ技术、异源表达及功能鉴定等方法,分析和确定了5'-NT的功能,明确了5'-NT通过介导3'-dAMP去磷酸化调控虫草素的生物合成。基于转录组学在转录组水平上研究了5'-NT与虫草素生物合成的相关性,共鉴定到2764个差异表达基因(DEGs),其中上调1737个,下调1027个;结合qPCR和RNA-Seq基因表达数据预测腺苷生物合成途径表明,腺苷积累增加是ndk、ADK、APRT基因下调与AK、5'-NT基因上调共同作用的结果。接着,本研究采用一种高效的基因组挖掘方法从菌类中药中国被毛孢中挖掘5'-NT基因。鉴定并克隆了一个5'-NT基因,对其进行了生物信息学分析,并首次在毕赤酵母GS115中进行了异源表达。底物特异性分析表明,5'-NT对含有不同碱基的底物表现出不同的磷酸酶活性;圆二色谱测定结果表明,5'-NT在低温环境下对虫草素的生物合成具有重要作用。这些结果为人工控制虫草素的生物合成提供更科学的依据和新的思路。本研究探索了菌类中药虫草素的生物合成新机制,初步阐明了5'-NT在菌类中药虫草素生物合成中的作用新机制,也为人工调控虫草素的生物合成提供更充分的科学依据。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Expression, purification and characterization of 5′-nucleotidase from caterpillar fungus by efficient genome-mining
  • DOI:
    10.1016/j.pep.2019.105566
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    PROTEIN EXPRESSION AND PURIFICATION
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Lin,Shan;Zhou,Cuibing;Cai,Zhiming
  • 通讯作者:
    Cai,Zhiming
Gene mining and sequence analysis of purine nucleosidase based on RNA-Seq
基于RNA-Seq的嘌呤核苷酶基因挖掘与序列分析
  • DOI:
    10.3791/61561
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Visualized Experiments
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Fenfang Wu;Shiping Hu;Yun Ran;Xiaoni Chen;Shan Lin
  • 通讯作者:
    Shan Lin
Transcriptome Analysis Reveals the Molecular Mechanisms Underlying Adenosine Biosynthesis in Anamorph Strain of Caterpillar Fungus
转录组分析揭示了冬虫夏草无性型菌株腺苷生物合成的分子机制
  • DOI:
    10.1155/2019/1864168
  • 发表时间:
    2019-12-11
  • 期刊:
    BIOMED RESEARCH INTERNATIONAL
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Lin, Shan;Zou, Zhicheng;Cai, Zhiming
  • 通讯作者:
    Cai, Zhiming
基于RNA-Seq的5'-核苷酸酶基因挖掘及真核表达研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    基因组学与应用生物学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林善;邹志成;张汉成;周翠冰
  • 通讯作者:
    周翠冰

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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