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真菌能产生一类数量众多、结构多样、活性良好的聚酮化合物,因此对于真菌中大量潜在未知聚酮化合物的挖掘及生物合成研究具有重要意义及应用价值。嗜热真菌是唯一一类适宜在高温条件下(45-50℃)生长的真核生物。前期本实验室从嗜热属真菌杜邦嗜热菌Thermomyces dupontii和疏棉状嗜热菌Thermomyces lanuginosus 200065中分离得到一系列具有新颖结构和强杀线虫活性的大环内酯化合物Thermolides,为进一步研究这类化合物的生物合成途径,本研究利用生物信息学方法对两株嗜热真菌基因组进行预测分析,发现杜邦嗜热菌中共有5个编码Ⅰ型聚酮合成酶(Polyketide synthase,PKS)的基因:PKS12(由一个NRPS和一个Ⅰ型PKS组成)、PKS25(由Ⅰ型PKS-NRPS杂合基因组成)、PKS18、PKS30、PKS31均为Ⅰ型PKS;疏棉状嗜热菌中有6个PKS基因,其中两个PKS基因L-PKK12、L-PPK25分别与PKS12、PKS25同源。通过同源重组原理和原生质体转化方法对以上PKS基因进行敲除,将突变菌株与野生型菌株在表型、抗逆性、代谢、基因表达水平等方面进行比较,初步探究这些基因在嗜热杜邦菌中的生物合成功能和生物学意义。主要结果如下:1.首次在杜邦嗜热菌中建立了稳定的原生质体转化方法和基因敲除体系,成功获得杜邦嗜热菌的5个PKS基因敲除菌株:APKS12、△PKS18、△PKS25、△PKS30、△PKS31。应用该体系也获得了疏棉状嗜热菌的2个PKS基因敲除菌株:AL-PKS12、△L-PKS25。2.与野生型菌株相比,杜邦嗜热菌5个PKS敲除菌株中△PKS30的表型差异最大,其菌落不再产生棕色色素,表现为白色;△PKS3;的孢子产量显著减少2.6倍、孢子萌发率显著降低10.8%,敲除菌株△PKS12、△PKS18、△PKS25、△PKS31则无明显差异。在氧化胁迫(H2O2)、渗透胁迫(NaCl)、紫外辐射(λ=185nm)、分生孢子高温胁迫(60℃C)实验中,5个PKS敲除菌株均没有产生明显差异。但在细胞壁合成干扰(SDS、刚果红)实验中,APKS12、APKS18在含有0.02%SDS的PDA培养基上,气生菌丝生长比野生菌株更加致密,即表现为正常生长条件下(不含0.02%SDS)的致密菌丝生长状态,表明基因PKS12、PKS18的敲除可能会提高杜邦嗜热菌抗0.02%SDS能力;在含有0.2mg/mL刚果红的PDA培养基上,△PKS12、△PKS18、△PKS25的菌落生长直径均比野生型菌株增大,进一步结合转录组数据分析后发现,△PKS12中参与细胞壁合成的7个基因表达水平相比野生型菌株均上调,△PKS18的7个基因中有4个表达上调,且总体的表达上调水平高于下调水平,表明△PKS12、△PKS18的细胞壁合成能力相比野生型菌株均有一定提高。3.与野生型菌株相比,杜邦嗜热菌5个PKS敲除菌株的YGP发酵液乙酸乙酯粗提物LC-MS检测结果表明△PKS12差异最大,△PKS12的5个特有消失差异峰对应分子量分别与大环内酯化合物Thermolides A-E相一致,PKS12是大环内酯化合物Thermolides A-E生物合成的关键基因。同样,在疏棉状嗜热菌中L-PKS12(与PKS12同源)的敲除会导致Thermolides F-G消失,表明L-PKS12是大环内酯化合物Thermolides F-G生物合成的关键基因。PDB发酵液乙酸乙酯粗提物的LC-MS检测结果表明,杜邦嗜热菌突变菌株△PKS30有一个特有消失差异峰,通过分子量比对确定该化合物与本实验室前期鉴定的化合物Carviolin(roseo-purpurin)A相一致,表明PKS30是Carviolin(roseo-purpurin)A生物合成的关键基因。另外三个突变菌株△PKS18、△PKS25、△PKS31的YGP、PDB发酵液LC-MS检测结果表明,这三个敲除菌株并无特有差异峰的产生,仅存在几个峰面积变化的差异峰,可能是由于基因本身表达量较低或者发酵条件限制导致差异不够明显,因而对△PKS18、△PKS25、△PKS31的生物合成功能仍待进一步研究。4.基因表达差异分析结果表明,杜邦嗜热菌5个PKS基因敲除菌株的下调差异表达基因数量均高于上调差异表达基因数量(>1000条,其中△PKS30的差异下调基因数量约为差异上调基因数量的1.5倍)。在特有差异基因数量方面,△PKS12特有差异表达基因数量最多(2655个),其次是△PKS18(1831个)和△PKS30(1500个),而△PKS25(938个)与△PKS31(929个)特有差异表达基因数量相对较少。5个PKS敲除菌株的共有、特有差异表达基因的GO富集和KEGG富集分析结果表明,这些差异表达基因主要在代谢途径及相关的蛋白酶活性、细胞结构和成分等方面有较为显著的富集,而对于这些差异表达基因具体参与的途径、相互作用关系、以及对其他生物过程的影响还需结合进一步的筛选和分析进行说明。