Nature Microbiology | 澳门大学研究揭示病原真菌在不同环境中提高存活率的机制！

分生孢子（霉菌的无性、不运动的孢子）可以生活在静止状态，这与主要的细胞质变化有关，如渗透物和脂质水平的改变、热休克蛋白和其他分子伴侣的表达激增，以及控制细胞内氧化状态（Nature Microbiology | Nicholas Talbot点评：掌控稻瘟病菌！PLOS GENETICS | 德国哥廷根大学研究揭示黄萎病菌定殖植物根部和分生孢子形成机制！）。早就知道真菌分生孢子含有丰富的稳定信使RNA2，但控制分生孢子静止状态进入和退出的机制尚未阐明。

2021年7月，国际权威学术期刊Nature Microbiology发表了澳门大学Koon Ho Wong团队的最新相关研究成果，题为Transcription in fungal conidia before dormancy produces phenotypically variable conidia that maximize survival in differentenvironments的研究论文。近日，Nature Microbiology发表了希腊克里特大学Jean-Paul Latgé教授团队对该研究撰写的题为Fungal spores are future-proofed的点评了。该研究表明丝状真菌构巢曲霉、烟曲霉和马尔尼菲青霉菌的分生孢子具有转录活性，并通过根据进入静止状态前的环境条件合成和储存转录本为未来做好准备。

细胞可以采用两种状态：增殖状态，其中细胞大小和数量在整个细胞周期中增加，直到有丝分裂细胞分裂；或非增殖状态，其中细胞不可逆地或可逆地退出细胞周期。在真菌中，静止和休眠使真菌能够在通常恶劣或多变的环境中存活数月（甚至数年）。休眠孢子在最有害的环境中存活，并且在开始萌发过程之前如果没有严重的热休克以打破休眠，则无法在营养培养基中萌发。相比之下，静止状态的进入和退出仅由真菌中养分可用性决定，但控制静止的机制在很大程度上仍未得到探索。研究表明只要分生孢子保持附着于分生孢子梗，完全发育的分生孢子中的活性转录就会继续。该研究还表明，在分生孢子体上残留的分生孢子中，细胞内ATP水平持续降低约40至50天，直到这些有限的资源耗尽导致真菌死亡。与分生孢子梗的分离和脱水触发分生孢子静止的建立，导致转录反应和活性停止。相比之下，早期对分离的分生孢子种群进行的转录组研究表明，这些细胞仍然活跃，保持低水平的代谢，使静止的分生孢子存活数月。有趣的是，水中分离出的烟曲霉分生孢子仍然可以对热休克做出反应，这表明即使它们无法在水中发芽，它们也能感知环境变化。这些发现提出了额外的问题：什么是参与静止状态退出的传感因子，以及随后控制细胞壁和质膜对水和营养物质渗透性的分子回路是什么？在酵母和人类中，确定了三种信号通路（TORC1、Ras/PKA 和 PHO）来调节细胞静止，但这些信号通路如何感知不同的信号并汇聚到相关过程，以及它们是否调节控制细胞静止的转录因子仍然未知。

不同环境条件下真菌分生孢子的转录变异解释了遗传相同的分生孢子如何成熟为表型可变的后代。这些数据还解释了后验较旧的数据，表明分生孢子的萌发行为和传染性显著受到分生孢子发生过程中遇到的营养和环境条件的影响。同样，由于对RNA聚合酶的严格控制，静止的G0酵母细胞具有代谢活性并维持生存所必需的转录物和蛋白质，这增加了在静止细胞中进化出特定转录控制机制的可能性。科研人员操纵调节次生代谢物产生的转录因子的表达水平，并证明分生孢子中的这种差异表达会导致次生代谢物产生的结果发生巨大变化，甚至在萌发后几天，强调了分生孢子在进入静止状态之前转录活性迄今为止未知的重要性。

图 1：丝状真菌分生孢子通过所有三种 RNA 聚合酶具有强大的转录活性

图 2：分生孢子在不同生长条件下具有不同的转录谱

图 3：构巢曲霉分生孢子在从发育结构（分生孢子）释放之前一直保持活跃

图 4：构巢曲霉和烟曲霉分生孢子转录活性影响分生孢子中的胶质毒素含量并加速蛋白质表达和萌发的分子反应

图5：构巢曲霉和烟曲霉分生孢子在休眠前的转录活性影响萌发、胁迫以及萌发后的次生代谢产物生产能力

图 6：休眠前分生孢子转录活性如何驱动分生孢子和萌发后菌丝表型变异的机制

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