真菌的生存環(huán)境非常復雜，在自然界，真菌與細菌、植物、動物乃至人類的共存普遍存在。豐富的物種多樣性以及生存環(huán)境的多變致使真菌進化出一套獨特的機制去應答環(huán)境并與環(huán)境中的生物進行交流。這種交流和對自然界的應答促使真菌產(chǎn)生結(jié)構(gòu)新穎、復雜、類型多樣化的活性次級代謝產(chǎn)物，為新藥發(fā)現(xiàn)提供豐富資源。然而，真菌是如何與環(huán)境中微生物進行交流，分子機制和生化機理是什么？

中國科學院微生物研究所尹文兵研究組一直致力于真菌次級代謝產(chǎn)物的基因調(diào)控機制及功能研究。近期，該研究組在研究模式真菌構(gòu)巢曲霉（Aspergillus nidulans）和其他真菌互作中，篩選出一株內(nèi)生真菌石斛附球菌（Epicoccum dendrobii），引起構(gòu)巢曲霉次級代謝譜的全局變化（圖1）。他們在進一步研究中發(fā)現(xiàn)，在共培養(yǎng)過程中，石斛附球菌可引發(fā)至少4個屬的真菌次級代謝產(chǎn)物發(fā)生顯著變化（圖1），表明該菌作為供體菌具有普適性機制去刺激受體菌，同時受體菌通過調(diào)控次級代謝的變化作為響應，進而導致一些新的次級代謝產(chǎn)物產(chǎn)生（圖1）。

圖1  供體菌石斛附球菌誘發(fā)普適的共培養(yǎng)體系（A和B）；石斛附球菌與構(gòu)巢曲霉共培養(yǎng)引發(fā)的全局性轉(zhuǎn)錄組和代謝組變化，序號標紅的為新結(jié)構(gòu)（C和D）

然而，這種響應是如何實現(xiàn)的呢？以構(gòu)巢曲霉和石斛附球菌的共培養(yǎng)體系為模式，尹文兵研究組從生物、化學及遺傳學等方面對其響應的機制進行了解析。轉(zhuǎn)錄組學和代謝組學分析表明，構(gòu)巢曲霉中有15.4%的基因被顯著上調(diào)，19%被顯著下調(diào)，22個次級代謝產(chǎn)物產(chǎn)量顯著提高，并鑒定出8個聚酮類化合物新結(jié)構(gòu)Aspernidines（圖1）。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析結(jié)合基因敲除和回補實驗，證明了構(gòu)巢曲霉中響應刺激的關鍵調(diào)控元件是全局性調(diào)控因子VeA的等位蛋白——VeA1蛋白（缺失了VeA的前36個氨基酸），并且與Velvet復合體中的LaeA和VelB協(xié)同參與調(diào)控（圖2）。他們進一步研究發(fā)現(xiàn)，下游轉(zhuǎn)錄因子SclB受VeA1蛋白的調(diào)控，參與了Aspernidines等多個生物合成基因簇的調(diào)控激活，揭示出一個復雜的基因調(diào)控網(wǎng)絡（圖2）。同時，這一調(diào)控網(wǎng)絡也在煙曲霉中得到了驗證。

該研究首次提出了部分功能缺失的VeA1蛋白的代謝調(diào)控功能，揭示了真菌間共培養(yǎng)時由VeA1介導，通過LaeA-VeA1-VelB復合體，再經(jīng)由下游轉(zhuǎn)錄因子SclB的復雜響應調(diào)控網(wǎng)絡（圖2），為真菌-真菌共培養(yǎng)調(diào)控機制的研究提供了堅實的理論依據(jù)，是對自然界中真菌與多物種共存狀態(tài)下的應答與交流機制的初步探索，與此同時，也為新型天然產(chǎn)物的開發(fā)提供了有效的策略。

圖2  真菌-真菌共培養(yǎng)條件下次級代謝產(chǎn)物全局性變化調(diào)控機制示意圖

上述研究成果以研究長文（Article）形式快速發(fā)表在國際期刊Science Advances（https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo6094），題為“Fungal-fungal cocultivation leads to widespread secondary metabolite alteration requiring the partial loss-of-function VeA1 protein”。中國科學院微生物研究所尹文兵研究組王剛博士和特別研究助理冉火苗博士為共同第一作者，尹文兵研究員為通訊作者。該研究獲得國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金項目、中國科學院基礎前沿科學研究計劃從0到1原始創(chuàng)新項目、中國科學院戰(zhàn)略生物資源計劃以及博士后科學基金的資助。

來源：易菇網(wǎng)