逆境胁迫诱导构巢曲霉RAM缺失菌株极性生长恢复的转录调控机制研究

真菌的极性生长与其致病性、侵染性密切相关，且由胞外环境的变化和胞内响应的信号系统来精细调节。当真菌遭遇逆境存在而不能完成正常生理代谢途径时，细胞将发展出一整套应急信号系统来完成对逆境的抗性，从而继续生长以致侵染性。然而，人们对于真菌的逆境抗性的调控机制却知之甚少。依赖于Calmodulin（CaM）调控的Calcineurin（CaN）钙信号系统是逆境反应中最为核心的调节因子，且该信号通路是很多致病真菌的药物靶点。本课题以模式生物构巢曲霉形态建成调节网（ＲＡＭ）缺失菌株为背景材料，研究其在逆境下极性生长恢复是否与钙信号通路相关；分析逆境恢复生长是否通过调控细胞膜上Ca2+通道而激活CaM，相继激活下游靶标CaN。确定激活的CaN是否通过转录因子Crz1p的去磷酸化而调控下游基因的表达使极性生长得以恢复。本研究的成功对于掌握极性生长的分子机理及控制真菌侵染性的靶点选择具有十分重要意义。

本项目用构巢曲霉为模式生物开展与极性生长相关的重要功能基因的细胞学研究，以期解析调控丝状真菌形态建成的分子机理。研究证明了两个新蛋白MobB和CotA 在形态建成调节网RAM信号通路中调节极性生长中的功能。这两个蛋白缺失的突变体将呈现出极性生长缺失表型，但是这种极性缺失的表型可以通过向培养基中加入引起渗透胁迫的PEG、NaCl或Sorbitol而恢复，同时这种恢复又可以被钙离子螯合剂和钙通道阻断剂所抑制，因此表明逆境条件下可能启动了钙信号通路，激活一系列适应渗透胁迫的基因表达，这些基因的表达参与了极性生长的调控，从而弥补了因为RAM通路缺失而造成的极性生长缺陷。而且，钙信号通路在调控极性生长的过程中可能与RAM通路是平行的，RAM通路的关闭可以由钙信号通路在逆境胁迫条件下打开而得到弥补。目前我们已经构建了钙离子通道蛋白在构巢曲霉中的同源基因MidA和CchA的条件性表达和基因敲除菌株， MidA是一种牵张激活钙离子通道，可以将外界环境的机械力传递到细胞内，可以在渗透势改变感受过程中发挥作用。CchA是一种电压门控钙离子通道的同源蛋白，在细胞膜去极化之后打开导致钙离子内流从而激活钙离子信号通路。我们发现当分别关闭这两个基因的正常表达时，菌丝仍能生长但生长速度明显减缓，突变株对低钙更为敏感；CchA / MidA作为一对复合体不仅在曲霉的极性生长中其重要作用，而且通过调控真菌细胞壁整合途径影响细胞壁成分从而改变真菌对胞外细胞壁破坏试剂的抗性。外源钙离子存在的条件下，钙调磷酸酶CnaA缺失菌株的表型与CrzA缺失菌株的表型并不完全一致，CnaA缺失菌株形态缺陷更加严重，一些基因的表达量降低的程度也更大。说明钙调磷酸酶的功能不仅仅是通过调节CrzA来完成的，即CrzA不仅仅是钙调磷酸酶唯一的下游靶蛋白。通过信息学分析，我们推测出钙调磷酸酶可能的三个下游靶蛋白CdaA具有一个多糖去乙酰化酶位点和N端信号肽，定位在细胞核，CdaA/CnaA双缺菌株在加入外源钙离子的培养基中能够恢复产孢；FapA具有NF-X1型锌指结构和DNA结合序列，推测属于NF-X1转录因子家族，定位在细胞核，缺失钙蛋白菌株对EGTA敏感；AkrA具有穿膜序列和N端信号肽，属于棕榈酰化酶家族，定位在高尔基体，缺失菌株对EGTA，NaCl，LiCl敏感。说明这三种蛋白维持细胞离子稳态，进一步工作还在继续。