米曲霉MFS转运蛋白AoKat1的功能解析：拓宽曲酸生物合成与转运的分子机制

本研究发现米曲霉（Aspergillus oryzae）中一个新型主要易化超家族（MFS）转运蛋白AoKat1，其在曲酸（KA）外排中起关键作用。过表达AoKat1使KA产量提高31%，并影响菌株形态、产孢、碳源利用及氧化应激响应。研究还揭示了AoKat1与已知转运蛋白KojT之间存在补偿调控机制，为通过代谢工程优化KA生产提供了新靶点。

　　

Highlight

鉴定一个候选MFS转运蛋白

尽管KojT（属于MFS家族）被认为参与曲酸（KA）转运，但研究表明它并非唯一的转运蛋白（Terabayashi et al., 2010; Chen et al., 2022）。鉴于可能存在多个结构相似的转运蛋白共同参与这一过程，本研究聚焦于鉴定米曲霉中其他MFS成员。通过对比野生型米曲霉3.042和高产KA菌株T58的转录组数据，我们发现一个编码MFS转运蛋白的基因AoKat1（AOR_6_2104）在T58中表达显著上调，尤其在KA合成高峰期。系统发育分析显示，AoKat1与已知有机酸转运蛋白亲缘关系较近。通过AlphaFold2进行结构建模，发现AoKat1具有典型的MFS拓扑结构——12个跨膜螺旋，其中心空腔可容纳KA。分子对接进一步表明，KA能以高亲和力结合于该空腔内，提示AoKat1可能直接参与KA转运。

讨论

曲酸（KA）是一种具有抗氧化和酪氨酸酶抑制活性的重要真菌次级代谢产物，广泛应用于化妆品和制药领域（Saeedi et al., 2019; Felipe et al., 2023）。米曲霉是KA生产的关键工业菌株，但其胞外分泌的分子机制尚未完全阐明。虽然MFS转运蛋白KojT被指出参与KA外排，但它并不能解释全部的KA转运量，表明还有其他转运系统参与其中。本研究鉴定出AoKat1——一个新的MFS转运蛋白，并证明其直接参与KA外排。过表达AoKat1显著提高了KA产量，并影响了真菌的生长发育和应激反应，说明该蛋白功能多样。此外，AoKat1缺失引起kojT转录上调，暗示这两种转运蛋白之间存在补偿调控关系，这可能是米曲霉应对代谢压力的适应性策略。研究还发现，抗氧化基因（catB和GSH）在过表达菌株早期发酵中被上调，随后随着KA积累而下降，提示KA可能作为抗氧化分子参与细胞氧化还原稳态调节。这些发现不仅深化了对KA生物合成调控网络的理解，也为通过靶向改造转运蛋白系统提高KA工业产量提供了新思路。

结论

本研究鉴定出AoKat1作为一个新型MFS转运蛋白参与曲酸外排，并揭示了其在真菌发育和应激适应中的广泛功能。这些发现拓展了我们对米曲霉代谢物转运机制的认识，并为通过代谢工程优化KA生产提供了一个有潜力的遗传靶点。