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幸运28:天津工生所揭示纤维素酶分泌机制

天津工生所揭示纤维素酶分泌机制

  木质纤维素降解真菌可向胞外分泌大量降解酶系来进行生物质的降解,这一自然属性已被用于工业木质纤维素酶的开发与生产。真菌细胞在合成和分泌纤维素酶时往往伴随着细胞内承担蛋白质折叠分泌的重要细胞器内质网的压力胁迫(Endoplasmic Reticulum stress,ER stress)。目前,从功能基因组维度出发对纤维素酶合成与分泌过程中内质网压力胁迫的分子机制了解还很少,然而,系统研究其分子机制对纤维素酶等工业蛋白质表达具有重大的理论和实践意义。

  中国科学院天津工业生物技术研究所研究员田朝光带领的研究团队以粗糙脉孢菌为研究对象,结合第二代高通量转录组测序以及基因突变体筛选,对纤维素酶合成分泌过程中的内质网应激(ER stress response)及非折叠蛋白反应(Unfolded Protein Response,UPR)分子机制进行了深入研究。该研究共鉴定了766个基因为粗糙脉孢菌内质网应激靶基因(ESRTs),其中有223186个基因表达分别受到非折叠蛋白反应(UPR)途径核心激酶/核酸酶IRE-1和转录因子HAC-1调控。幸运28通过对527ESRTs基因敲除突变体表型筛选发现,其中有249个基因对内质网应激药物敏感。此外,该研究从全基因组水平分析了粗糙脉孢菌266个转录因子在内质网应激条件下的动态表达变化,并鉴定出3个影响内质网应激以及对纤维素酶分泌具有调控作用的全新转录因子(RES-1RES-2RRG-2)。此项研究系统探讨了丝状真菌中纤维素酶合成与内质网应激途径间的复杂相互作用,为纤维素酶工业菌株改造奠定了理论基础。

  该研究得到国家“973”计划(2011CB707403)等科技计划的资助,相关研究成果发表于生物能源国际期刊Biotechnology for Biofuels。天津工生所博士研究生樊飞宇为论文第一作者。

 

  不同内质网压力下的差异表达基因(左:上调基因数目。 右:下调基因数目);DTT为二流苏糖醇,TM为衣霉素,二者均为诱导内幸运28质网蛋白折叠压力药物。

 

  粗糙脉孢菌内质网应激与纤维素酶分泌交叉作用模型。(IRE-1, HAC1)为内质网压力调控路径,中(CLR-1,CLR-2,XLR-1, RES1,2,3) 为纤维素酶表达调控路径, (CPC-1,CRE-1)为葡萄糖阻遏相关途径,间接调控纤维素酶表达。