赵爽等
摘要:以一株野生大型真菌的子实体的基因组DNA为模板进行内转录间隔区(ITS)的PCR扩增、测序及系统发育分析,结果表明菌丝纯培养物来源于该子实体,该真菌属于乳菇属(Lactarius),GenBank登录号为KC703008,系统发育分析表明了该菌在属内的遗传地位。对该菌株的生理指标进行了检测,结果表明该菌子实体中蛋白质质量分数和水溶性多糖质量分数较低,存在蛋白酶、磷酸酶和漆酶的活性,具有深入研究的价值。
关键词:野生真菌;乳菇属(Lactarius);内转录间隔区(ITS);蛋白酶;磷酸酶;漆酶
中图分类号:Q939.5 文献标识码: A 文章编号:0439-8114(2014)04-0826-04
Identification of a Wild Fungus and Detections of Its Physiological Index
ZHAO Shuang1,2,3,XU Feng1,2,3,LIU Yu1,2,3,YANG Qiong1,MA Kang1,CHEN Jie1
(1.Institute of Plant and Environment Protection,Beijing Academy of Agriculture and Forestry Science,Beijing 100097,China;
2. Beijing Engineering Research Center for Edible Mushroom,Beijing 100097,China;
3. Key Laboratory of Urban Agriculture (North),Ministry of Agriculture,Beijing 100097,China)
Abstract: Genomic DNA of a wild fungus was extracted from its fruiting body,and used as the template for the ITS genes PCR. The phylogenetic analysis based on the gene sequence of ITS was conducted to confirm the genetic position of this fungi. The results showed that the gene sequences of ITS from mycelium and fruiting body were the same. Phylogenetic analysis proved that the fungi was belonged to the genus Lactarius. GenBank accession number is KC703008. The physiological index of the fungus,including the mass ratios of protein and hydrophilic polysaccharide, activities of proteinase, phosphatase and laccase were detected. It was found that the mass ratios of protein and hydrophilic polysaccharide in fruiting bodies were low, but the fungus had the activities of proteinase, phosphatase and laccase. The in-depth study of this fungus is worthwhile.
Key words: wild fungus; Lactarius; internal transcribed spacer(ITS); proteinase; phosphatase; laccase
中国是世界生物多样性丰富的国家之一,也是气象和生态环境多样的国家,蕴藏着丰富的真菌种质资源,分布着全世界已知真菌(70 000种)的1/7的种类,其中野生食药用菌大约有1 200多种,为中国食用菌产业的持续发展提供了必需的生物资源基础。近年来,随着野生资源的日渐减少,生物资源保护和综合利用成为社会关注的重点领域,因此,野生食用菌种质资源的开发利用发展成为当前食用菌学科的研究热点之一。
乳菇属(Lactarius)是隶属于担子菌门、层菌纲、伞菌目、红菇科的真菌,多数是植物外生菌根菌,在世界范围内广泛分布,但大多数分布于温带地区。目前,全世界该属已知约400种真菌,其中被描述的有150多种[1]。由于本属的品种多为与植物根系共生,脱离共生树种的根系时,菌丝培养以及子实体形成都存在很大的难度,目前都还不能人工驯化栽培[2]。近几年的研究主要集中在对松乳菇、红汁乳菇等品种的菌丝驯化、菌丝营养生理、发酵条件和工艺等方面的研究[3-5],以及利用菌丝体代替子实体完成生理功效的研究及应用[6,7]。研究发现,乳菇属中某些真菌富含多种氨基酸、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、矿物质元素、微量元素、灰分、多糖、核酸、维生素等,具有抗病毒、抗肿瘤、抗突变、抗衰老、抗氧化、降血脂的作用,是十分理想的食品与保健品[1,8,9]。
对从湖南省泸溪丛树林采集的一株野生菌通过内转录间隔区(ITS)序列进行鉴定及其系统发育分析,从而对该野生菌株的遗传地位进行解析,并测定了该子实体的蛋白质质量分数、水溶性多糖质量分数以及蛋白酶、磷酸酶和漆酶的活性,为该野生菌的开发利用打下了基础。
1 材料
1.1 供试材料
供试材料收集于湖南省泸溪丛树林,采集后经过自然风干处理,待用。
1.2 试剂
二喹啉甲酸BCA蛋白定量试剂盒购于北京博迈德科技发展有限公司。酪蛋白和4-硝基苯基磷酸二钠(PNPP)购于美国Sigma公司。2,2′-联氮基双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐(ABTS)购于美国Amresco公司。DNeasy植物试剂盒购自德国凯杰(Qiagen)公司。Ex Taq聚合酶、dNTP等分子生物学试剂均为宝生物工程(大连)有限公司产品。所用引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。苯酚、浓硫酸、乙醇、氯化钠(NaCl)、氢氧化钠(NaOH)、乙酸钠、乙酸、葡萄糖、蛋白胨、KH2PO4、MgSO4等化学试剂均为分析纯,购于国药集团北京化学试剂公司。
1.3 仪器
5418R小型台式冷冻离心机、5331梯度PCR仪和移液器购自Eppendorf公司,凝胶成像系统购自美国BIO-RAD公司,电泳仪DYY-Ⅲ-12B购自北京六一仪器厂,MSC-Advantage 1.2生物安全柜购自美国Thermo公司,M200全波长多功能酶标仪购自美国TECAN公司,AR2140型精密天平购自美国奥豪斯公司,UV9100系列紫外可见分光光度计购自北京莱伯泰科仪器有限公司,水浴锅购自北京精科华瑞仪器有限公司,TGL-16G飞鸽牌离心机购自上海安亭科学仪器厂。
1.4 培养基
2 方法
2.1 鉴定
2.1.1 DNA的提取和ITS PCR扩增 子实体标本的表面用少量75%的乙醇擦拭,直接取菌盖部位的少量菌块于1.5 mL的离心管中,加入少量液氮,无菌研磨至粉末状。然后用DNeasy植物试剂盒进行DNA的提取。提取的基因组DNA经去离子水稀释10、100倍后,作为PCR反应的模板,以ITS5(5′-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG -3′)和ITS4(5′- TCCTCCGCTTATTGATATGC-3′)为引物,进行PCR 扩增,PCR 扩增条件为:95 ℃、5 min;95 ℃、30 s,58 ℃、1 min,72 ℃、30 s,30个循环;72 ℃、10 min;降至4 ℃结束。取7~8 μL PCR样品凝胶电泳20 min,EB染色,在凝胶成像系统中观察提取DNA的质量并照相记录。
2.1.2 ITS序列测定及系统发育分析 PCR产物先切胶回收后委托中美泰和生物技术(北京)有限公司测序。将菌株的ITS基因序列提交到GenBank 核酸序列数据库并与数据库中已知的相关序列进行比较,并用MEGA5.05构建系统发育树。所得序列通过BLAST程序与GenBank中的ITS基因序列进行同源性比较,用MEGA5.05软件包中的Kimura2-parameter法计算遗传距离,用Neighbor-Joining法构建系统发育树,重复抽样1 000次分析系统树各分支的置信度。
2.2 生理指标测定
2.2.1 粗蛋白或酶液样品的制备 称取干品子实体加入去离子水泡发4 h后,吸干子实体表面的水分,取菌盖组织0.1 g,加入1 mL去离子水,研磨至组织破碎后, 12 000 r/min 离心10 min,取上清,即为粗蛋白或酶液样品。
2.2.2 蛋白质质量分数的测定与标准曲线的制作 利用标准样品牛血清白蛋白(BSA)配制成25、50、100、200、300、400 μg/mL的溶液,采用二喹啉甲酸BCA蛋白定量试剂盒制作标准曲线。将不同样品的蛋白质提取液进行适当的梯度稀释后采用二喹啉甲酸BCA蛋白定量试剂盒测定蛋白质质量分数。
2.2.3 蛋白酶活性的测定 用0.1 mol/L、pH 7.2的磷酸缓冲溶液将酪蛋白配制成10 g/L的溶液作为酶反应的底物,储存于-20 ℃冰箱内待用。取粗酶液20 μL加入140 μL底物,在37 ℃反应15 min,加入540 μL 50 g/L三氯乙酸(TCA)终止反应,以 12 000 r/min离心5 min,取上清在波长280 nm处测量吸光度。以水浴前加入50 g/L TCA终止反应样品作为对照。酶活力单位定义为:37 ℃下每分钟每毫升反应体系在280 nm处产生0.001个吸光度所需的酶量。
2.2.4 磷酸酶活性的测定 用去离子水将PNPP配制成浓度为0.018 mol/L的溶液作为反应底物,避光储存于-20 ℃冰箱内待用。取粗酶液25 μL加入275 μL去离子水,加入0.3 mL 0.1 mol/L pH 5.0的醋酸钠缓冲溶液,再加入30 μL PNPP底物,在37 ℃反应15 min,加入300 μL 0.5 mol/L NaOH终止反应,在波长400 nm处测量吸光度,以去离子水代替酶液进行反应作为对照。酶活力单位定义为:37 ℃时每分钟每毫克酶水解底物的微摩尔数。
2.2.5 漆酶活性的测定 取10 mg ABTS加入150 μL乙酸,用去离子水定容到30 mL,所得溶液作为反应底物,避光储存于-20 ℃冰箱内待用。取粗酶液10 μL加入190 μL上述底物,在37 ℃反应5 min后,立即在波长400 nm处测量吸光度,以去离子水代替酶液进行反应作为对照。酶活力单位定义为:37 ℃时每分钟每毫升反应体系在400 nm处产生1个吸光度所需要的酶量。
2.2.6 水溶性多糖含量的测定及标准曲线的制作 取子实体适量,加入4倍质量的去离子水打碎浸提过夜,在4 ℃以7 000 r/min离心20 min,取下层不溶物加入4倍质量的去离子水,于90 ℃水浴抽提3 h,稍冷却后收集提取液,加入4倍体积的无水乙醇沉淀多糖12 h,离心收集沉淀后于80 ℃烘箱中烘至恒重,称取一定质量的样品制成不同浓度的样品溶液,采用苯酚-硫酸法测定水溶性多糖的含量。以葡萄糖作为标准物制作标准曲线。
3 结果与分析
3.1 菌种鉴定结果
3.1.1 ITS PCR扩增结果 以10、100倍稀释的基因组DNA为模板,选用ITS5和ITS4为引物,均能扩增出比较明亮的条带,结果如图1所示,所得产物片段大小在500、800 bp之间,与预期结果相一致。
3.1.2 系统发育分析 在NCBI网站上(http:// blast.ncbi.nlm.nih. gov/ Blast.cgi? PROGRAM =blastn & BLAST_PROGRAMS =megaBlast & PAGE_TYPE= BlastSearch & SHOW_DEFAULTS =on&LINK_LOC=blasthome)用BLAST程序进行比对,选取相似性较高的菌株,在MEGA5.05软件中进行系统发育树的构建及遗传距离的计算,以Russula xerampelina voucher AM3GB25H2菌株作为外群菌株构建系统发育树,结果表明,该分离菌株与Lactarius deterrimus isolate UP514、L. hatsudake isolate sp 159、L. quieticolor voucher UE10.09.2004-1、L. semisanguifluus isolate 339菌株的遗传关系最近,遗传距离均为100%(图2)。因此将该子实体定名为Lactarius sp. JZBHM001。
3.2 生理指标测定结果
JZBHM001的各项生理指标的测定结果见表1。通过检测发现,JZBHM001干品子实体蛋白质质量分数和水溶性多糖质量分数都较低,分别约为0.70%和0.38%,但是从该子实体干品中检测到了蛋白酶、磷酸酶和漆酶的活性,活性分别为491.67 U/mg、40.12 U/mg和15.04 U/mg。
4 小结与讨论
研究通过ITS PCR扩增法鉴定了一株野生真菌为JZBHM001,该真菌属于Lactarius属,GenBank登录号为KC703008,系统发育分析表明了该菌在属内的遗传地位。通过研究其生理特性发现其具有蛋白酶、磷酸酶和漆酶的活性,可以作为潜在开发的一种资源。
野生的生物资源为生物资源的有效利用及开发打下了基础,因此对野生大型真菌种质资源的开发利用是当前科研工作的重点。分子生物学的快速发展为野生大型真菌的鉴定提供了便捷而又准确的方法。其中,18 S、5.8 S和28 S的序列在进化中趋于保守,种间变化小,而rDNA的内转录间隔区(ITS)同时具有多变区和保守区,ITS1和ITS2作为非编码区,最终不加入成熟核糖体,所以受到的选择压力较小、进化速度快、种间差异大,且变异速度存在着较大的差异,适合种及种以下水平的分类研究[10]。作者曾利用ITS序列对蘑菇属的野生大型真菌及其分离物进行了分子鉴定,证明了该方法的可靠性[11,12]。
蛋白酶、磷酸酶和漆酶是食用菌中常见的几种生物酶类,在工业和农业生产中都具有一定的应用前景,同时这些酶类在催化代谢、调节植物生长发育和生物降解方面都能发挥重要的作用。通过检测发现该野生菌各项生理指标与之前农业部都市农业(北方)重点实验室在北京周边采集的野生食用菌黄伞、血红铆钉菇、短柄粘盖牛肝菌和马勃相比较,蛋白质质量分数和水溶性多糖质量分数相差较大,但是蛋白酶和漆酶活性高于上述4个品种,磷酸酶活性高于黄伞和血红铆钉菇[13]。因此从应用的角度分析,JZBHM001具有人工驯化的价值,驯化后针对漆酶活性可以展开发酵工艺的研究,扩大该菌的应用潜力。
参考文献:
[1] 计红芳,杨 谦,宋瑞清. 乳菇属真菌应用研究进展[J]. 林业科技,2006,31(3):28-30.
[2] 李 磊,罗桂祥,陈明辉,等. 松乳菇液体培养基的选择及高生物量的获得的研究[J].中国酿造,2011(3):77-81.
[3] 邓功成,赵 洪,高礼安,等. 红汁乳菇菌丝体液态发酵条件研究[J].江苏农业科学,2012,40(4):238-240.
[4] 赵 洪,邓功成.红汁乳菇菌丝体营养特性研究[J].食用菌,2008,30(6):9-10.
[5] 胡亚平,秦 丹,王丹丹.松乳菇菌丝体深层培养营养需求及发酵条件研究[J].食品科技,2006(8):154-157.
[6] 焦迎春,游潇倩,余 梅,等.松乳菇凝集素分离及其性质的初步研究[J].北方园艺,2010(6):195-198.
[7] 邱美珍,傅胜才,周望平,等.松乳菇菌丝多糖对小鼠免疫调节作用研究[J]. 黑龙江畜牧兽医(科技版),2010(12):137-139.
[8] 李 磊,胡志斌,谢远泰.松乳菇15 L罐发酵生产及其所产菌丝营养价值[J].食品研究与开发,2012,33(8):188-193.
[9] 柯丽霞.红汁乳菇和多汁乳菇的化学成分及其开发利用前景[J].安徽师范大学学报(自然科学版),2000,23(4):391-394.
[10] WANG P,LIU Y,YIN Y G,et al. Diversity of microorganisms isolated from the soil sample surround Chroogomphus rutilus in the Beijing region [J]. Int J Biol Sci,2011,7(2):209-220.
[11] 许 峰,刘 宇,王守现,等. 一株野生大型真菌的分离与鉴定[J]. 中国农学通报,2012,28(13):176-179.
[12] 尹永刚,刘 宇,许 峰,等.一株Agaricus属野生菌的分离与鉴定[J].华北农学报,2012,27(3):126-129.
[13] 赵 爽,刘 宇,殷贝贝,等.北京地区夏季野生食用菌生物指标的测定[J].中国农学通报,2011,27(2):429-433.
3 结果与分析
3.1 菌种鉴定结果
3.1.1 ITS PCR扩增结果 以10、100倍稀释的基因组DNA为模板,选用ITS5和ITS4为引物,均能扩增出比较明亮的条带,结果如图1所示,所得产物片段大小在500、800 bp之间,与预期结果相一致。
3.1.2 系统发育分析 在NCBI网站上(http:// blast.ncbi.nlm.nih. gov/ Blast.cgi? PROGRAM =blastn & BLAST_PROGRAMS =megaBlast & PAGE_TYPE= BlastSearch & SHOW_DEFAULTS =on&LINK_LOC=blasthome)用BLAST程序进行比对,选取相似性较高的菌株,在MEGA5.05软件中进行系统发育树的构建及遗传距离的计算,以Russula xerampelina voucher AM3GB25H2菌株作为外群菌株构建系统发育树,结果表明,该分离菌株与Lactarius deterrimus isolate UP514、L. hatsudake isolate sp 159、L. quieticolor voucher UE10.09.2004-1、L. semisanguifluus isolate 339菌株的遗传关系最近,遗传距离均为100%(图2)。因此将该子实体定名为Lactarius sp. JZBHM001。
3.2 生理指标测定结果
JZBHM001的各项生理指标的测定结果见表1。通过检测发现,JZBHM001干品子实体蛋白质质量分数和水溶性多糖质量分数都较低,分别约为0.70%和0.38%,但是从该子实体干品中检测到了蛋白酶、磷酸酶和漆酶的活性,活性分别为491.67 U/mg、40.12 U/mg和15.04 U/mg。
4 小结与讨论
研究通过ITS PCR扩增法鉴定了一株野生真菌为JZBHM001,该真菌属于Lactarius属,GenBank登录号为KC703008,系统发育分析表明了该菌在属内的遗传地位。通过研究其生理特性发现其具有蛋白酶、磷酸酶和漆酶的活性,可以作为潜在开发的一种资源。
野生的生物资源为生物资源的有效利用及开发打下了基础,因此对野生大型真菌种质资源的开发利用是当前科研工作的重点。分子生物学的快速发展为野生大型真菌的鉴定提供了便捷而又准确的方法。其中,18 S、5.8 S和28 S的序列在进化中趋于保守,种间变化小,而rDNA的内转录间隔区(ITS)同时具有多变区和保守区,ITS1和ITS2作为非编码区,最终不加入成熟核糖体,所以受到的选择压力较小、进化速度快、种间差异大,且变异速度存在着较大的差异,适合种及种以下水平的分类研究[10]。作者曾利用ITS序列对蘑菇属的野生大型真菌及其分离物进行了分子鉴定,证明了该方法的可靠性[11,12]。
蛋白酶、磷酸酶和漆酶是食用菌中常见的几种生物酶类,在工业和农业生产中都具有一定的应用前景,同时这些酶类在催化代谢、调节植物生长发育和生物降解方面都能发挥重要的作用。通过检测发现该野生菌各项生理指标与之前农业部都市农业(北方)重点实验室在北京周边采集的野生食用菌黄伞、血红铆钉菇、短柄粘盖牛肝菌和马勃相比较,蛋白质质量分数和水溶性多糖质量分数相差较大,但是蛋白酶和漆酶活性高于上述4个品种,磷酸酶活性高于黄伞和血红铆钉菇[13]。因此从应用的角度分析,JZBHM001具有人工驯化的价值,驯化后针对漆酶活性可以展开发酵工艺的研究,扩大该菌的应用潜力。
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[12] 尹永刚,刘 宇,许 峰,等.一株Agaricus属野生菌的分离与鉴定[J].华北农学报,2012,27(3):126-129.
[13] 赵 爽,刘 宇,殷贝贝,等.北京地区夏季野生食用菌生物指标的测定[J].中国农学通报,2011,27(2):429-433.
3 结果与分析
3.1 菌种鉴定结果
3.1.1 ITS PCR扩增结果 以10、100倍稀释的基因组DNA为模板,选用ITS5和ITS4为引物,均能扩增出比较明亮的条带,结果如图1所示,所得产物片段大小在500、800 bp之间,与预期结果相一致。
3.1.2 系统发育分析 在NCBI网站上(http:// blast.ncbi.nlm.nih. gov/ Blast.cgi? PROGRAM =blastn & BLAST_PROGRAMS =megaBlast & PAGE_TYPE= BlastSearch & SHOW_DEFAULTS =on&LINK_LOC=blasthome)用BLAST程序进行比对,选取相似性较高的菌株,在MEGA5.05软件中进行系统发育树的构建及遗传距离的计算,以Russula xerampelina voucher AM3GB25H2菌株作为外群菌株构建系统发育树,结果表明,该分离菌株与Lactarius deterrimus isolate UP514、L. hatsudake isolate sp 159、L. quieticolor voucher UE10.09.2004-1、L. semisanguifluus isolate 339菌株的遗传关系最近,遗传距离均为100%(图2)。因此将该子实体定名为Lactarius sp. JZBHM001。
3.2 生理指标测定结果
JZBHM001的各项生理指标的测定结果见表1。通过检测发现,JZBHM001干品子实体蛋白质质量分数和水溶性多糖质量分数都较低,分别约为0.70%和0.38%,但是从该子实体干品中检测到了蛋白酶、磷酸酶和漆酶的活性,活性分别为491.67 U/mg、40.12 U/mg和15.04 U/mg。
4 小结与讨论
研究通过ITS PCR扩增法鉴定了一株野生真菌为JZBHM001,该真菌属于Lactarius属,GenBank登录号为KC703008,系统发育分析表明了该菌在属内的遗传地位。通过研究其生理特性发现其具有蛋白酶、磷酸酶和漆酶的活性,可以作为潜在开发的一种资源。
野生的生物资源为生物资源的有效利用及开发打下了基础,因此对野生大型真菌种质资源的开发利用是当前科研工作的重点。分子生物学的快速发展为野生大型真菌的鉴定提供了便捷而又准确的方法。其中,18 S、5.8 S和28 S的序列在进化中趋于保守,种间变化小,而rDNA的内转录间隔区(ITS)同时具有多变区和保守区,ITS1和ITS2作为非编码区,最终不加入成熟核糖体,所以受到的选择压力较小、进化速度快、种间差异大,且变异速度存在着较大的差异,适合种及种以下水平的分类研究[10]。作者曾利用ITS序列对蘑菇属的野生大型真菌及其分离物进行了分子鉴定,证明了该方法的可靠性[11,12]。
蛋白酶、磷酸酶和漆酶是食用菌中常见的几种生物酶类,在工业和农业生产中都具有一定的应用前景,同时这些酶类在催化代谢、调节植物生长发育和生物降解方面都能发挥重要的作用。通过检测发现该野生菌各项生理指标与之前农业部都市农业(北方)重点实验室在北京周边采集的野生食用菌黄伞、血红铆钉菇、短柄粘盖牛肝菌和马勃相比较,蛋白质质量分数和水溶性多糖质量分数相差较大,但是蛋白酶和漆酶活性高于上述4个品种,磷酸酶活性高于黄伞和血红铆钉菇[13]。因此从应用的角度分析,JZBHM001具有人工驯化的价值,驯化后针对漆酶活性可以展开发酵工艺的研究,扩大该菌的应用潜力。
参考文献:
[1] 计红芳,杨 谦,宋瑞清. 乳菇属真菌应用研究进展[J]. 林业科技,2006,31(3):28-30.
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[6] 焦迎春,游潇倩,余 梅,等.松乳菇凝集素分离及其性质的初步研究[J].北方园艺,2010(6):195-198.
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[8] 李 磊,胡志斌,谢远泰.松乳菇15 L罐发酵生产及其所产菌丝营养价值[J].食品研究与开发,2012,33(8):188-193.
[9] 柯丽霞.红汁乳菇和多汁乳菇的化学成分及其开发利用前景[J].安徽师范大学学报(自然科学版),2000,23(4):391-394.
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[12] 尹永刚,刘 宇,许 峰,等.一株Agaricus属野生菌的分离与鉴定[J].华北农学报,2012,27(3):126-129.
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