碳源调控绿僵菌产孢模式转换的分子机制

Conidia are the infection units of entomopathogenic fungi. Entomopathogenic fungi have two conidial production patterns: normal and.microcycle conidiation. Microcycle conidiation takes a shorter time and has higher production than normal conidiation. Microcycle conidia have higher heat tolerance compared to normal conidia. These advantages of microcycle conidiation are in favor of fungal conidial mass production and application. Fungal conidiation can shift between two patterns under certain circumstance, and nutrition plays the most important role during the pattern shift. Up to now, the molecular mechanisms of conidiation pattern shift regulated by nutrition are still largely unknown. Our previous studies showed that conidiation in Metarhizium acridum could shift from microcycle conidiation to normal conidiation with supplementation of carbon source. RNA-seq analysis demonstrates that the shift of conidiation pattern relies on the differentially expressed genes regulated by carbon source. In this research, using gene knockout and complementation techniques, we will analyze these genes’ function in conidia production and conidiation pattern shift. The roles of carbon source in regulatory network and mechanisms of conidia production and conidiation pattern shift will be discussed. This research will help better understanding the regulation mechanism of conidiation in entomopathogenic fungi, and also lay a foundation for developing new techniques to increase the conidia production in conidial mass production.

孢子是昆虫病原真菌的侵染单元。昆虫病原真菌产孢有微循环产孢和正常产孢两种模式。微循环产孢具有耗时短，产孢量大，孢子抗热性强等优点，在孢子大规模生产和应用中具有明显优势。在特定条件下，真菌两种产孢模式可进行转换，其中营养要素是产孢模式转变中最重要的因素。目前，营养调控真菌产孢方式转换的机制尚不清楚。我们前期研究表明，培养基中添加碳元素可使昆虫病原真菌绿僵菌由微循环产孢转换为正常产孢。RNA-Seq分析显示，绿僵菌产孢方式转换依赖于碳源调控的差异表达基因。本研究将在此基础上，通过基因敲除添加碳源引起的差异表达基因，确定其在产孢特性和产孢模式转换中的作用。通过分析影响产孢及其产孢模式转换基因的表达模式，探讨碳源在绿僵菌产孢特性及产孢模式改变中的调控网络和调控机制。本项目完成有助于进一步深入理解昆虫病原真菌的产孢调控机制，同时也为提高真菌大规模生产中孢子产量建立新的技术途径奠定理论基础。

绿僵菌有两种产孢模式，菌丝产孢的正常产孢及不通过菌丝，由孢子直接产生孢子的微循环产孢模式。我们前期研究表明在营养贫瘠培养基上额外增加碳源，可使绿僵菌由微循环产孢转变为正常产孢。本研究中，从碳源引起的产孢过程中表达上调的基因中选取部分基因，通过敲除或超表达，阐明这些基因在绿僵菌产孢及产孢模式转换中的作用及机制。本研究表明，vib1在碳源引起的绿僵菌产孢模式转换中发挥着核心作用。转录激活和定位表明MaVib-1具有转录激活活性，定位于细胞核。在营养丰富培养基及更换各种碳源的营养较贫瘠培养基上，Mavib1敲除菌株产孢提前，vib1超表达菌株产孢延后，且在以某种碳源为主要碳源的营养贫瘠培养基上，产孢模式由微循环产孢转换为正常产孢。说明Vib1作为负调控因子，调控绿僵菌微循环产孢模式，同时影响菌株产孢量。通过碳阻遏标志物分析发现MaVib1参与绿僵菌CCR调控。RNA_Seq分析发现9个碳水化合物活性酶基因差异表达，也印证了vib敲除影响真菌菌落表型。vib可与Rim15、gyp3基因互作，影响绿僵菌对碳源利用、产孢量及产孢模式转变。碳源代谢相关基因四碳二羧酸转移酶MaDCT1在微循环产孢中发挥正调控作用，同时影响产孢量。Mavib-1 影响荧光增白剂敏感蛋白基因cwh的表达。绿僵菌cwh定位于内质网，与产孢模式转变无关，但影响孢子表面特性、抗逆和致病，转录组分析发现与致病和抗逆相关的基因表达发生变化。丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶PSK1 定位于脂滴，敲除该基因影响生长、抗逆、产孢及致病性，对产孢模式转化无影响。酵母双杂分析发现PSK1可与 COP9 复合体中的CSN5 互作。csn5敲除后与psk1敲除菌株具有类似的表型，表明PSK1通过csn5影响真菌的脂类代谢影响真菌的致病性。本研究结果有助于进一步理解昆虫病原真菌的产孢调控机制，也为提高真菌孢子产量建立新的技术途径奠定理论基础。