近日，生物资源保护与利用国家重点实验室张克勤院士、李国红研究员团队在捕食线虫真菌鞭式节丛孢（Arthrobotrys flagrans）中解析了厚垣孢子形成的层级调控级联，阐明了从表观遗传许可、核输入门控、转录调控到细胞壁构建与形态建成的分子链条。相关研究成果以“A hierarchical regulatory cascade programs chlamydospore formation in the nematode-trapping fungus Arthrobotrys flagrans”为题发表在Cell Press 旗下Cell Reports学术期刊上。

在农业生产中，化学农药的长期使用加速了害虫和病原菌抗药性的产生，削弱了农业生产的可持续性，也推动了绿色农业框架下向生物防治的转型。真菌是研发生防制剂的重要资源，但目前开发的真菌生防制剂多为菌丝或分生孢子制剂，稳定性差，货架期短、需订单生产，严重制约了其广泛使用。厚垣孢子是厚壁、富含脂质和糖原的休眠繁殖体，具有强抗逆性和较长货架期，被认为是替代菌丝和分生孢子、提升生防真菌制剂稳定性的理想材料。团队研发的鞭式节丛孢厚垣孢子制剂在储存稳定性和线虫防控方面表现出良好应用潜力，但厚垣孢子形成的分子机制不清楚，制约了高产菌株的改造和应用。

厚垣孢子形成的形态发生、关键调控因子定位与互作及细胞壁构建关键蛋白功能

研究发现，全局调控因子LaeA直接催化组蛋白H3第9位赖氨酸单甲基化（H3K9me1），在关键发育调控基因启动子区建立表观遗传修饰，为厚垣孢子发育程序提供“许可”。LaeA与转录因子VeA、Ste12形成上游调控模块；核输入蛋白KapA作为“门控因子”，介导LaeA、VeA、Ste12、VosA、VelB、StuA和AbaA等关键调控因子入核。KapA缺失后，上述调控因子滞留于细胞质，厚垣孢子形成完全丧失。该上游模块激活vosA和velB表达，VosA/VelB二聚体进一步激活转录因子abaA和stuA；AbaA和StuA形成二聚体激活几丁质合酶ChsG和GPI乙醇胺磷酸转移酶McdD，驱动厚垣孢子细胞壁生物合成与形态建成。

研究进一步表明，该级联中各级调控因子的表达水平共同决定厚垣孢子产量，表达关键调控因子可在不同程度上恢复上游突变体的厚垣孢子形成能力，恢复水平取决于调控因子的组合与表达水平。该研究建立了厚垣孢子形成的完整层级调控模型（LaeA/VeA/Ste12–VosA/VelB–StuA/AbaA–ChsG/McdD）。研究结果为厚垣孢子高产菌株的理性设计提供了多层级分子靶点，为提升生防制剂稳定性、货架期及田间应用潜力提供理论基础。

鞭式节丛孢厚垣孢子形成的级联调控模式

博士后张宇为论文第一作者，张克勤院士和李国红研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、云南省科技厅项目和中国博士后科学基金项目的资助。

论文链接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(26)01320-3

来源：生物资源保护与利用国家重点实验室

编辑：张懿淼 责任编辑：李哲