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红曲霉关键chs基因调控红曲色素和桔霉素合成的作用机制

批准号:
32101906
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘俊
依托单位:
学科分类:
食品微生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘俊

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
红曲霉液态发酵过程中次级代谢产物生产水平与菌体形态密切相关,但红曲霉的形态调控基因、形态发育对次级代谢的调控作用等缺乏全局性和机理性的认识。研究表明,敲除几丁质合成酶(chs)基因,可影响丝状真菌在液态发酵过程中的形态发育。基于此,本项目以M. purpureus CSU-M183为研究对象,借助液态深层发酵技术、靶基因敲除与过表达、图像分析技术、组学分析等实验手段,从菌体生长发育、菌体形态及靶基因分析等方面挖掘出控制红曲霉菌体形态的关键chs基因;从红曲霉次级代谢产物发酵动力学、显著性差异基因表达与相关蛋白变化等生物信息学分析方面阐明chs基因对红曲色素和桔霉素合成的调控机制。研究结果有助于增加对红曲霉形态代谢工程的理解,并为菌体形态控制在红曲霉深层发酵过程优化中的技术应用提供理论基础,具有重要的理论和实践意义。
英文摘要
The morphological characteristics of Monascus spp. are closely related to the production of secondary metabolites in liquid submerged fermentation. However, the morphological regulation genes and the regulation of the biosynthesis of secondary metabolism by morphological development in Monascus still lack of overall and rational understanding. It has been reported that knocking out the chitin synthase (chs) genes can disturb the morphological development of filamentous fungi during liquid fermentation. Then, this project takes M. purpureus CSU-M183 as the wild type strain, using liquid fermentation technology, knockout and overexpression of gene chs, image analysis technology, RNA-seq and protein DIA analysis for research. According to the analysis of the growth and development, the morphological characteristics and the target gene functional annotation to mining the key gene chs of morphology control; based on the fermentation kinetics of the secondary metabolites, and the aspects of bioinformatics analysis, such as significant differential gene expression and proteins changes in related pathway, to clarify the molecular mechanism of the regulation of monascus pigment and citrinin biosynthesis by gene chs. The research results will help to increase the understanding of metabolic engineering of morphology of Monascus, and provide a theoretical basis for the technical application of Monascus morphology control in the optimization of submerged fermentation process, which has important theoretical and practical significance.
红曲霉液态发酵过程中次级代谢产物生产水平与菌体形态密切相关,但红曲霉的形态调控基因、形态发育对次级代谢的调控作用等缺乏全局性和机理性的认识。研究表明,敲除几丁质合成酶(chs)基因,可影响丝状真菌在液态发酵过程中的形态发育。本项目通过全基因组测序分析完成了chs基因的功能注释,绘制了红曲霉几丁质合成通路;构建了不同chs基因过表达和敲除重组菌株,通过发酵数学模型和成像技术分析了不同chs基因对红曲霉菌丝形态和次级代谢产物合成的调控作用;利用RNA-seq揭示了关键chs基因对红曲霉液态发酵过程中菌体形态和色素合成的调控机制。结果表明,M. purpureus CSU-M183存在8个基因编码几丁质合成酶,其蛋白结构和分类具有较大差异。不同chs基因过表达模式下,chsG基因的mRNA水平上调了12.91倍(最为显著),几丁质含量增加了20.65%(最为显著);重组菌株的菌丝变短且稀疏,菌落直径减小,菌丝分支增加,菌丝球表面粗糙;胞外色素(exMPs)产量显著降低,菌丝体色素(mMPs) 增加,尤其是过表达chsG基因,mMPs产量增加了73.27%。不同chs基因缺失模式下,Δchs6菌株延伸生长不受影响,菌丝变短而稀疏,孢子萌发率降低至22%,几丁质含量减少了27.46%,环境敏感性增加,色素和桔霉素合成受到抑制;ΔchsG菌株(杂合子,推测为必需基因)中chsG表达水平下调显著,该重组菌的exMPs产量降低了75.76%,mMPs产量增加了40.67%,几丁质含量减少了19.24%。chsG基因对红曲色素合成和形态调控作用最为显著,确定为chs家族对红曲霉形态代谢工程的关键调控元件。比较转录组分析揭示了chsG基因控制的红曲霉形态代谢工程与红曲色素、桔霉素、脂肪酸和氨基酸合成、几丁质和麦角固醇生物合成途径、MAPK信号通路、全局转录因子和过氧化物酶体等形态调控和生长相关的通路密切相关。本项目有助于增加对红曲霉形态代谢工程的理解,并为菌体形态控制在红曲霉深层发酵过程优化中的技术应用提供理论基础,具有重要的理论和实践意义。
zwf和MpigE基因联合驱动红曲色素组分分配的调控机制
  • 批准号:
    2026JJ50417
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2026
  • 负责人:
    刘俊
  • 依托单位:
Chs 基因对红曲色素和桔霉素合成代谢的调控作用
  • 批准号:
    2021JJ31146
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    刘俊
  • 依托单位:
高产Monacolin K和Citrinin-free红曲菌的构建及发酵调控技术
  • 批准号:
    2018JJ3872
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    刘俊
  • 依托单位:
国内基金
海外基金