糙皮側(cè)耳作為我國大宗栽培的食用菌之一,可以利用農(nóng)林廢棄物,在適宜環(huán)境條件下進(jìn)行菌絲生長,進(jìn)而形成以子實(shí)體為優(yōu)質(zhì)蛋白來源的產(chǎn)業(yè)。該菌對(duì)木質(zhì)纖維素的利用效率是提升產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵要素。雖然國外對(duì)模式真菌的木質(zhì)纖維素降解研究有大量報(bào)道,但是對(duì)糙皮側(cè)耳的降解能力,底物偏好性,降解相關(guān)的酶和調(diào)控基因以及降解相關(guān)的基因家族的進(jìn)化過程等方面的研究薄弱。正是這些理論研究的匱乏,使得中國食藥用菌的栽培和育種產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新性不強(qiáng),出現(xiàn)單產(chǎn)低、品質(zhì)差、產(chǎn)業(yè)鏈不連續(xù)或過短等多方面問題。因此,開展對(duì)該菌降解利用木質(zhì)纖維素的機(jī)理研究對(duì)日后發(fā)展食用菌產(chǎn)業(yè)具有重要的理論意義。本研究主要對(duì)糙皮側(cè)耳的基礎(chǔ)生理生化特性,對(duì)基質(zhì)的降解偏好性及具體的降解過程,降解過程中與木質(zhì)素利用相關(guān)的基因、酶以及生命途徑,以及在漫長的進(jìn)化史中該菌木質(zhì)纖維素降解相關(guān)基因家族的變化這4方面開展了研究。采用了誘導(dǎo)定性培養(yǎng)基,酶活測(cè)定以及傅里葉紅外光譜法和X射線衍射法對(duì)糙皮側(cè)耳的降解能力以及降解過程進(jìn)行研究;采用不同處理以及不同基質(zhì)下的RNA轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平對(duì)其降解利用木質(zhì)纖維素的相關(guān)基因,所涉及的酶以及生命途徑進(jìn)行研究;采用RAxML 7.2.8建立系統(tǒng)發(fā)育樹以及R8s、CAFE以及BadiRate軟件進(jìn)行分子鐘以及基因的進(jìn)化變異程度的分析,從而研究重要的基因家族的進(jìn)化過程。糙皮側(cè)耳的生理生化特性以及降解過程的研究結(jié)果表明:該菌具有較好的MnP以及GLOX分泌能力,纖維素酶分泌能力一般;該菌在降解木質(zhì)纖維素時(shí)更偏向于對(duì)木本植物的利用,當(dāng)降解利用楊樹木屑時(shí),其羧甲基纖維素酶、木聚糖酶以及漆酶的活性比降解玉米秸稈時(shí)活性分別約增高17.1%、20%以及400%。且先對(duì)底物細(xì)胞壁中的酸不溶木質(zhì)素進(jìn)行降解,進(jìn)而對(duì)纖維素展開利用,它所分泌的酶一定程度上可以作用于晶胞纖維素,四周以后可以降低0.6%的纖維素結(jié)晶度,這與褐腐菌降解無定形纖維素的表現(xiàn)有很大不同;該菌子實(shí)體的生長會(huì)受到金屬銅離子與芳香族化合物愈創(chuàng)木酚、發(fā)菌期與出菇期的時(shí)間長短、溫濕度以及是否催菇的影響;不同比例的栽培料配置也會(huì)影響該菌子實(shí)體的生物轉(zhuǎn)化率。不同處理以及不同基質(zhì)的糙皮側(cè)耳轉(zhuǎn)錄組分析研究的結(jié)果表明:糙皮側(cè)耳具有多種木質(zhì)素降解的同工酶,且它們對(duì)不同的基質(zhì)有不同的表達(dá)水平。其中共9個(gè)unigene會(huì)受CuCl2影響表達(dá)下調(diào),與酶活的表達(dá)結(jié)果一致,有可能是MnP以及GLOX的控制基因,其主要影響到Mn2+的轉(zhuǎn)運(yùn)以及乙酰輔酶A的形成。木質(zhì)素可以誘導(dǎo)5個(gè)編碼 MnP 的基因,Cluster-3993.31508、Cluster-3993.26196、Cluster-3993.5545、Cluster-3993.5546、Cluster-3993.16055,主要調(diào)控 MnP3、MnP6 以及短段 MnP;2 個(gè)編碼 Laccase 的基因,Cluster-3993.5216、Cluster-3993.9428,主要調(diào)控 laccase POXA3a以及Laccase-2;1個(gè)芳香族降解酶相關(guān)基因,Cluster-3993.22471,參與芳香族復(fù)合物的代謝反應(yīng);2個(gè)細(xì)胞色素P450相關(guān)基因,Cluster-3993.29594、Cluster-3993.16820,主要參與多環(huán)芳烴中的芳香基的轉(zhuǎn)化。同時(shí)KEGG及GO富集分類結(jié)果表明:糙皮側(cè)耳在降解利用木質(zhì)纖維素時(shí),主要涉及到利用錳過氧化物酶、漆酶以及乙二醛氧化酶的次生代謝途徑,多種輔酶參與的催化反應(yīng)以及細(xì)胞色素P450與芳香族復(fù)合物氧化酶參與的異生物質(zhì)代謝這些生命過程。糙皮側(cè)耳與其他39株食藥用菌做比較基因組學(xué)分析研究的結(jié)果表明:CBM1、GH6以及GH7是該菌降解纖維素的重要基因家族;AA1、AA2以及AA5是該菌降解木質(zhì)素的重要基因家族;CYP53以及CYP64是該菌細(xì)胞色素P450的主要基因家族組成。經(jīng)過三類家族基因不斷地膨脹與收縮,糙皮側(cè)耳P.ostreatus于9 400萬年年前出現(xiàn),并表現(xiàn)出較強(qiáng)的木質(zhì)素降解能力。該菌作為白腐菌,在漫長的進(jìn)化史中具有豐富的木質(zhì)素降解酶基因家族的種類,并且在基因的數(shù)量上也占有很大優(yōu)勢(shì);不同降解家族基因的種類及數(shù)量直接影響該菌日后所具有的生態(tài)習(xí)性。
【學(xué)位單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：X70;S646.14
【部分圖文】：

將Ｍｎ３＋固定，促使其從酶的活性位點(diǎn)中釋放出來，轉(zhuǎn)而充當(dāng)一種氧化還原調(diào)節(jié)劑，逡逑直接將酚型物質(zhì)或非酚類芳香族物質(zhì)氧化成對(duì)應(yīng)的自由基，接著發(fā)生一連串的自由基逡逑鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)木質(zhì)素的降解（如圖１－３）邋（Ｇｌｅｎｎ，邋１９８３；邋Ｈｏｆｒｉｃｈｔｅｒ，２００２）。逡逑Ｈ；Ｏｊ邐Ｈ；０逡逑廣、逡逑Ｐｒｏｅｎｚｙｍｅ邐Ｃｏｍｐｌｅｘ邋Ｉ逡逑Ｆｅａ邐Ｆｅ＊＝ＯＩＰ－］逡逑ｆ邐ＡＨＪ邐ｓ逡逑Ｍｂ３邐八邐ｆ邐＾逡逑Ａ邋＇（邋Ｖ邐Ａ＊／（邋ｒＡＨ逡逑卜逡逑ＡＨ邐－邋Ｈ＞０：邐Ａ逡逑Ｃｏｍｐｌｅｘ邋ｉｌｌ逡逑Ｆｅ°－0２逡逑圖１－３錳過氧化物酶的催化循環(huán)逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｔｈｅ邋ｃａｔａｌｙｔｉｃ邋ｃｙｃｌｅｓ邋ｏｆ邋ｍａｎｇａｎｅｓｅ邋ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ邋（ＭｎＰ）逡逑７逡逑

合物合成（Ｃｔｏｕｒａ，１９９９），同時(shí)還可能參與到了木質(zhì)素降解代謝中（Ｍｏｒｉｎ邋ｅｔａｌ．，逡逑２０１２）。Ｐ４５０典型的氧化過程是將分子氧還原，同時(shí)利用一些輔酶（如ＮＡＤＰＨ、ＦＡＤ）逡逑進(jìn)行電子傳遞，并將一個(gè)氧加入到底物中，完成氧化過程（如圖１－４）。逡逑ＡＨ逡逑Ｆｅ＾Ｖ邋ｅ－邋ＦＰ－逡逑（邐ＮＡＤＰ－邋＾＾ＦＡＤＨ：邐２（Ｆ＾￣邐＾邋＾逡逑ＶＮＡＤＰＨ－Ｈ＊邐ＦＡＤ邐２＾ｅ－Ｓ＇＾邋ｊ邋ｅ．逡逑Ｈ：0邐］邐Ｐ４ｊ0－ＡＨ邋＼邋Ｐ４Ｓ？ＪＡＨ逡逑＼邐ｍ邐Ｆｅ－＇－邋ｏ：－邋Ｊ邋Ｆｅ＊Ｔ邋0：逡逑，■＞＿＾逡逑ＡＯＨ逡逑圖１－４細(xì)胞色素Ｐ４５０的氧化催化循環(huán)逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｔｈｅ邋ｃａｔａｌｙｔｉｃ邋ｃｙｃｌｅｓ邋ｏｆ邋ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅｓ邋Ｐ４５０逡逑１．２．２．降解纖維素的相關(guān)酶逡逑纖維素是脫水葡萄糖單體通過糖苷鍵相連，糖鏈之間又以氫鍵相互束縛形成的纖逡逑維束，最終聚合成高分子纖維素大分子，約占木質(zhì)纖維素的３５？５０％。在分子中，還逡逑因排列規(guī)整與否分為結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)（陳家楠，１９９３）。自然界中的纖維素主要存逡逑在于植物細(xì)胞中，而隨著工業(yè)發(fā)展與能源日益緊張，生物能源的開發(fā)已經(jīng)成為世界熱逡逑點(diǎn)，其中利用纖維素酶將纖維素解聚進(jìn)而通過糖酵解等過程生產(chǎn)生物乙醇就是纖維素逡逑的重要作用之一（孟s�，２０１０）。辶x希瑰義

本文編號(hào)：2814640