裂殖酵母应答串珠镰刀菌及伏马毒素B1的转录组调控机制与生物防治潜力解析

本刊推荐研究人员针对串珠镰刀菌（Fusarium verticillioides）产伏马毒素（FUMs）引发的食品安全问题，通过裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）与病原真菌共培养体系，结合RNA测序技术，发现共培养下调了FUM基因簇关键调控因子FvATFA、FUM21和转运蛋白FUM19的表达，显著降低伏马毒素产量，为开发新型生物防控策略提供了分子靶点和理论依据。

　　

全球范围内，串珠镰刀菌（Fusarium verticillioides）及其产生的伏马毒素（fumonisins, FUMs）对谷物、玉米等主要作物造成严重污染，不仅导致巨大经济损失，更因毒素在食品链中的残留，对动物和人类健康构成威胁——伏马毒素B₁（FB1）因其与鞘脂结构的相似性，可抑制神经酰胺合酶活性，干扰细胞信号转导，甚至诱发肾癌和上皮细胞癌变。目前化学防控和农艺措施效果有限，且无法彻底解决毒素残留问题，因此开发基于微生物作用的生物控制策略成为研究热点。

在这一背景下，研究人员聚焦于裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）——一种在基因组中携带多达108个解毒相关基因（GO:0098754）的模型真菌，探索其应对串珠镰刀菌及伏马毒素的分子机制。论文发表于《Applied Microbiology and Biotechnology》，系统解析了S. pombe在FB1胁迫及与F. verticillioides共培养条件下的转录组响应，并首次揭示共培养可显著抑制毒素生物合成关键基因的表达。

本研究主要采用以下关键技术方法：利用RNA测序（RNA-Seq）分析FB1处理及共培养条件下酵母和霉菌的转录组变化；通过酶联免疫吸附测定（ELISA）定量培养上清和固体培养基中伏马毒素含量；使用气相色谱（GC）检测挥发性有机物如乙醇；借助实时定量PCR（RT-PCR）验证差异表达基因；此外，通过体外拮抗实验观察菌株互作表型，并利用生物信息学工具（包括GO富集、蛋白互作预测数据库如STRING和BioGRID）对差异基因进行功能注释和网络分析。

研究结果主要包括以下方面：

Schizosaccharomyces pombe tolerates Fusarium mycotoxins

研究发现S. pombe在1-2 ppm的脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）、T2毒素、玉米赤霉烯酮（ZEA）和FB1处理下，细胞密度未显著下降，表明其具有较强的毒素耐受性。然而，菌落形成能力测定显示，0.5 ppm FB1即可使酵母存活率下降14%，2 ppm FB1处理导致存活率降低49%，说明FB1虽不影响生长但损害细胞繁殖能力。

Transcriptional level response of S. pombe cells to fumonisin B1

RNA-seq分析表明，0.5 ppm FB1处理1小时后，166个基因表达发生显著改变。其中与细胞粘附、絮凝相关基因普遍下调，提示FB1可能影响酵母细胞壁完整性及细胞间聚集行为。同时，多个水解酶基因表达发生变化，推测其可能参与毒素降解或修饰。此外，一批S. pombe特有未知功能小肽编码基因显著上调，生物信息学预测其互作蛋白可能涉及催化活性和信号转导过程。

Schizosaccharomyces pombe-F. verticillioides co-cultures

共培养实验表明，S. pombe虽不能显著抑制串珠镰刀菌生长，但在pH=4条件下可抑制其气生菌丝发育，并改变两者色素产生。ELISA检测发现液体共培养体系中伏马毒素含量（0.313±0.011 ppm）显著低于霉菌单独培养（0.488±0.018 ppm），同时乙醇产量和pH值也发生显著变化。

Transcriptome analysis

共培养条件下，S. pombe有353个差异表达基因（DEGs），其中氧化还原酶和水解酶基因多下调，而膜转运相关基因上调，提示酵母可能通过增强外排转运应对毒素压力。在串珠镰刀菌中，共培养引起1870个基因表达变化，其中FUM生物合成簇关键基因——ABC转运蛋白编码基因FUM19（FVEG_00329）、锌簇转录因子FUM21（FVEG_00315）和全局调控因子FvATFA（FVEG_02866，bZIP型转录因子）均显著下调。RT-PCR验证进一步确认这些变化，说明S. pombe可能通过分泌某种物质或营养竞争抑制毒素合成通路。

研究结论强调，S. pombe虽非强拮抗菌，但可通过调控自身转运和降解酶基因应对毒素压力，并能显著抑制串珠镰刀菌中伏马毒素合成关键基因的表达。该发现不仅为理解真菌间互作提供了转录水平证据，更指明FUM19、FUM21和FvATFA可作为靶点开发新型控毒策略，为饲料和食品安全生产中霉菌毒素的生物防控提供了理论基础和实践方向。