识别HOG1信号通路转录因子Aomsn2对真菌生长、发育和致病性的影响
Hog1信号通路中的转录因子AoMsn2在真菌生长、发育和致病性中的作用
背景介绍
植物寄生线虫每年对农业造成巨大的损失，而线虫捕捉真菌（Nematode-Trapping Fungi, NT fungi）因其能够通过形成特殊的捕捉结构来捕获线虫，逐渐成为研究真菌与线虫相互作用的模型生物。Arthrobotrys oligospora是其中的一种典型NT真菌，它能够通过形成粘性网络来捕捉并杀死线虫。此前的研究表明，高渗透压甘油（Hog1）信号通路在A. oligospora的渗透调节和杀线虫活性中起着关键作用。然而，关于Hog1信号通路下游转录因子在NT真菌中的功能仍不清楚。因此，本研究旨在探究AoMsn2——Hog1信号通路下游的一个转录因子——在A. oligospora中的功能及其潜在调控网络。
论文来源
本研究由Qianqian Liu, Kexin Jiang, Shipeng Duan, Na Zhao, Yanmei Shen, Lirong Zhu, Ke-Qin Zhang, Jinkui Yang等作者共同完成，作者们来自云南大学生命科学学院和云南省微生物多样性教育部重点实验室。该研究于2025年发表在Journal of Advanced Research上，文章题目为《Identification of a Transcription Factor AoMsn2 of the HOG1 Signaling Pathway Contributes to Fungal Growth, Development and Pathogenicity in Arthrobotrys oligospora》。
研究流程
1. AoMsn2基因的序列分析与系统发育分析
研究人员首先通过NCBI BlastP搜索，从A. oligospora基因组中获得了AoMsn2基因（Aol_s00076g216）。通过计算等电点和分子量，研究人员发现AoMsn2的分子量为55.12 kDa，等电点为5.79。随后，通过多重序列比对和系统发育分析，研究人员发现AoMsn2与其他NT真菌的Msn2同源物具有较高的序列相似性（87.9%–96.2%），而与丝状真菌的同源物相似性较低（24.2%–29.0%）。
2. AoMsn2基因敲除突变体的构建
为了研究AoMsn2在A. oligospora中的功能，研究人员通过同源重组策略构建了AoMsn2基因敲除突变体。首先，研究人员通过PCR扩增获得了AoMsn2基因的两侧序列，并将其与潮霉素抗性基因（hph）连接，最终通过酵母转化和原生质体转化技术成功构建了AoMsn2突变体。随后，通过Southern blot分析进一步验证了突变体的构建。
3. 表型实验
研究人员对野生型（WT）和AoMsn2突变体在PDA、TYGA和TG培养基上的菌丝生长、分生孢子形成、捕捉结构形成和线虫捕食效率进行了详细观察和定量分析。结果显示，AoMsn2突变体的菌丝生长显著减缓，分生孢子产量和萌发率显著降低，捕捉结构的形成和线虫捕食效率也受到严重影响。
4. 应激反应实验
为了探究AoMsn2在应激反应中的作用，研究人员将WT和突变体培养在含有不同应激剂（如过氧化氢、NaCl、山梨醇等）的培养基上，观察其生长情况。结果显示，AoMsn2突变体对氧化应激和渗透压应激的敏感性显著增加。
5. 脂质代谢与自噬相关实验
通过BODIPY染色和透射电子显微镜（TEM）观察，研究人员发现AoMsn2突变体中的脂滴（LDs）显著积累，且脂滴体积增大。此外，突变体在含有不同脂肪酸的培养基上生长显著受限，表明AoMsn2在脂质代谢中具有重要作用。同时，通过MDC染色和转录组分析，研究人员发现AoMsn2还参与了自噬途径的调控。
6. 转录组与代谢组分析
为了进一步揭示AoMsn2的调控网络，研究人员对WT和突变体进行了RNA测序和代谢组分析。结果显示，AoMsn2突变体的多种代谢途径（如甘油酯代谢、脂肪酸合成等）显著下调，且A. oligospora特有的次级代谢产物Arthrobotrisins的合成显著增加。
7. 酵母双杂交实验
通过酵母双杂交实验，研究人员鉴定了AoMsn2与多个蛋白（如Aohog1、AoMcm1、AoArc18等）的相互作用，并绘制了AoMsn2的蛋白相互作用网络。
研究结果与结论
1. AoMsn2调控菌丝生长与发育
研究发现，AoMsn2突变体的菌丝生长显著减缓，菌丝细胞膨胀且隔膜距离缩短。此外，突变体中的细胞核数量显著减少，表明AoMsn2在菌丝生长和形态发育中具有重要作用。
2. AoMsn2调控分生孢子形成与萌发
AoMsn2突变体的分生孢子产量和萌发率显著降低，且在分生孢子形成过程中多个相关基因的表达显著下调，表明AoMsn2在分生孢子形成中起关键作用。
3. AoMsn2调控捕捉结构形成与线虫捕食效率
AoMsn2突变体的捕捉结构形成能力显著降低，线虫捕食效率也受到严重影响，表明AoMsn2在线虫捕食过程中具有重要作用。
4. AoMsn2调控应激反应
AoMsn2突变体对氧化应激和渗透压应激的敏感性显著增加，表明AoMsn2在真菌的应激反应中具有重要作用。
5. AoMsn2调控脂质代谢与自噬
AoMsn2突变体中的脂滴显著积累，且突变体在含有脂肪酸的培养基上生长受限，表明AoMsn2在脂质代谢中具有重要作用。此外，突变体的自噬途径也受到影响，表明AoMsn2在自噬调控中起关键作用。
6. AoMsn2调控次级代谢产物的合成
代谢组分析显示，AoMsn2突变体中Arthrobotrisins的含量显著增加，表明AoMsn2在次级代谢产物的合成中具有调控作用。
研究的意义与价值
本研究首次揭示了AoMsn2在A. oligospora中的多功能性，明确了其在菌丝生长、分生孢子形成、捕捉结构形成、线虫捕食效率以及脂质代谢和自噬中的重要作用。通过转录组和代谢组分析，研究人员进一步揭示了AoMsn2的潜在调控网络，为理解NT真菌的形态发生和环境适应机制提供了重要的分子基础。此外，研究结果还为开发有效的线虫生物防治策略提供了理论依据。
研究亮点
- AoMsn2在A. oligospora中的多功能性首次被系统性地揭示。
- 通过转录组和代谢组分析，研究人员揭示了AoMsn2的潜在调控网络。
- 研究为理解NT真菌的形态发生和环境适应机制提供了重要的分子基础。
- 研究结果为开发有效的线虫生物防治策略提供了理论依据。