灵芝中合成内源硫化氢关键酶的基因克隆及其沉默菌株的构建(2)

H2S是一种具有臭鸡蛋样气味的气体,在水溶液中能解离为H+和HS-, 呈弱酸性, 在动物和植物体内,常常以H2S(约占20%)或HS-(约占80%)的形式发挥其生理功能。长期


H2S是一种具有臭鸡蛋样气味的气体,在水溶液中能解离为H+和HS-, 呈弱酸性, 在动物和植物体内,常常以H2S(约占20%)或HS-(约占80%)的形式发挥其生理功能。长期以来,H2S一直被认为是好氧生物的有毒气体,所以一直偏重其毒性方面的研究。但是之后在生物机体内发现大量内源性H2S,开始注重其生理功能,近年来发现其作为气态信号分子在高等生物的生理过程中起着特殊的作用。如今,H2S已被确认为是继一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)后的第3种内源性气体信使分子。

动物体内产生内源性H2S的途径有很多种,细胞质中L-半胱氨酸(L-cysteine,L-Cys)为底物,在胱硫醚-β-合酶(cystathionine-β-synthase,CBS)和胱硫醚-γ-裂解酶(cystathionine-γ-lyase,CSE)的催化下产生的。线粒体内则以β-巯基丙酮酸为底物,在巯基丙酮酸转硫酶(mercaptopyruvate transsulphurase,MPST)的作用下产生H2S[2]。

H2S在动物中的生理功能:①H2S在心血管系统中可以舒张平滑肌,舒张血管,降低血压,并且NO可以协同增强此效应[3]。H2S的前体物质NaHS与H2S一样,作用程度与浓度有关,表现为:低浓度反映速率缓慢,高浓度则反映加速、剧烈。②体内如果存在H2S并对其进行一定的电刺激,则会引发海马长时程增强(long-term potentiation,LTP)效应。③动物体内丝裂原激活的蛋白激酶介导了平滑肌增生,而H2S的存在可能抑制了这种途径。④体内H2S的存在还可能对心血管疾病以及呼吸系统疾病有积极的意义。

在植物体内, H2S合成主要有L-半胱氨酸脱巯基酶(L-cysteine desulfhydrase, LCD)途径、D-半胱氨酸脱巯基酶(D-cysteine desulfhydrase, DCD)途径、亚硫酸还原酶(sulfite reductase ,SiR)途径、氰丙酸合成酶(cyanoalanine synthetase, CAS)途径、半胱氨酸合成酶(cysteine synthase ,CS)途径等。

H2S在植物中的生理功能:①植物体内H2S及其前体NaHS的存在可以诱导植物叶片气孔的关闭,从而减少水分蒸发,面对干旱有更强的抗逆性[4]。②植物体内H2S和NaHS还能缓解重金属离子对植物的毒害作用同时还能缓解氧化作用的带来的伤害。③对干旱条件下的植物施用NaHS能促进地上地下部分的生物量,增加叶片中的叶绿素含量,从而延长幼苗的存活时间。除了增加叶绿素含量外,H2S还能增加抗氧化酶的活性来改变过氧化氢含量来缓解渗透胁迫[5]。④对植物施加低浓度的H2S可使根尖边缘细胞增多、根尖组织可溶性蛋白增加、粘胶层相对面积减小,从而促进植物根的生长[6]。⑤植物体内的H2S还具有延长花期以及延缓衰老的功效。

兼性厌氧菌产生H2S的方式有两种,一种是同化硫酸盐产生H2S,这种产量少并且很容易被同化成有机含硫化合物;另一种通过降解半胱氨酸产生H2S,这种方式产量较大,为主要方式[7]。

H2S在微生物中的生理功能:①微生物将H2S转化成硫酸盐并释放ATP,来达到其固定CO2的目的[8]。②非放氧型光合细菌能以光能作能量,H2S作供氢体来固定CO2。③微生物能还原出H2S,使之与环境中的铁矿石反映,使铁元素溶解,能更好的被生物吸收利用。④H2S还能通过还原蛋白质中的二硫键[9]、与辅基结合、刺激ROS产生的途径来抑制其他敏感生物的生长[10]。

本文首先通过查阅文献得到动物、植物、微生物中与合成内源硫化氢相关的酶,然后运用NCBI及电子克隆技术得到灵芝中相关的基因cDNA序列,并利用该序列设计引物进行沉默载体的构建。

1 材料与方法

1.1 实验材料

灵芝菌株、质粒、相关构建载体、抗生素、溶壁酶、CYM、PDA、LB培养基

1.1.1 菌株与质粒    

灵芝(Ganoderma lucidum HG)菌株G20来自上海农科院,大肠杆菌DH5α储存于本实验室。pMD18-T、pMD19-simple T vector、pAN7-dual vector等相关载体购自大连Takara公司。溶壁酶来自广东微生物研究所。所用抗生素等来自与上海生工生物工程