GlcNAc通过YlRep1-YlNgs1信号通路抑制Yarrowia lipolytica丝状化及调控分解代谢基因的双重功能研究

本研究发现双态酵母Yarrowia lipolytica中，N-乙酰葡糖胺（GlcNAc）通过YlRep1-YlNgs1信号通路激活分解代谢基因的同时抑制菌丝形成。该抑制作用不依赖环境pH改变或GlcNAc分解代谢，但需要GlcNAc激酶YlNag5参与。研究揭示了GlcNAc信号传导在形态发生和代谢调控中的新颖机制，为真菌致病性和工业应用提供新见解。

　　

Yarrowia lipolytica与GlcNAc代谢的保守机制

研究表明Yarrowia lipolytica与白色念珠菌具有相似的GlcNAc分解代谢途径。该途径需要四个关键酶依次催化：GlcNAc转运蛋白YlNgt1、GlcNAc激酶YlNag5、GlcNAc-6-磷酸脱乙酰酶YlDac1和葡糖胺-6-磷酸脱氨酶YlNag1。缺失任何这些基因都会导致酵母无法在GlcNAc培养基上生长。值得注意的是，YlDac1和YlNag1的缺失细胞即使在含有葡萄糖和GlcNAc的培养基中也无法生长，表明代谢中间产物的积累对细胞具有毒性。

YlRep1-YlNgs1对GlcNAc分解代谢基因的调控

研究发现YlRep1（Ndt80家族转录因子）和YlNgs1（组蛋白乙酰转移酶）对GlcNAc分解代谢基因的诱导至关重要。与白色念珠菌中的同源蛋白相似，YlRep1和YlNgs1缺失突变体在GlcNAc培养基上生长严重受损。通过构建含有YlACT1启动子驱动四个GlcNAc分解代谢基因的质粒，研究人员发现虽然能够部分恢复突变体的生长，但这些基因的启动子活性在YlRep1或YlNgs1缺失背景下仍然极低，表明这两个蛋白对GlcNAc分解代谢基因的转录激活是必需的。

YlRep1与YlNgs1的物理相互作用与转录激活

酵母双杂交实验证明YlRep1和YlNgs1之间存在物理相互作用，且这种相互作用主要通过YlRep1的C端结构域介导，这与白色念珠菌中通过N端相互作用的机制不同。LexA融合蛋白实验显示，LexA-YlRep1和LexA-YlNgs1都能激活报告基因表达，但这种激活需要彼此的存在，表明YlRep1和YlNgs1在转录激活中相互依赖。

GlcNAc对丝状化的抑制作用

与白色念珠菌中GlcNAc促进丝状化的作用相反，研究发现GlcNAc在Yarrowia lipolytica中抑制丝状化。在GlcNAc培养基中，野生型细胞保持卵圆形酵母形态，而不形成菌丝。即使在含有葡萄糖和GlcNAc的培养基中，GlcNAc也能抑制葡萄糖诱导的丝状化。值得注意的是，碱性pH（7.0-7.5）仍然能够在GlcNAc培养基中诱导丝状化，表明GlcNAc的抑制作用可以被碱性环境克服。

pH变化在GlcNAc抑制丝状化中的作用

研究测量了GlcNAc和葡萄糖代谢对环境pH的影响。发现GlcNAc代谢导致培养基pH轻微下降（0.22-0.43单位），但葡萄糖代谢导致的pH下降更为明显（0.66-0.95单位）。由于葡萄糖能够诱导丝状化而GlcNAc抑制丝状化，表明GlcNAc对丝状化的抑制作用不依赖于其对环境pH的轻微改变。

YlRep1-YlNgs1在GlcNAc抑制丝状化中的关键作用

YlRep1和YlNgs1缺失突变体在含有葡萄糖和GlcNAc的培养基中形成皱褶菌落并产生短放射状菌丝，而在液体培养基中则形成伸长细胞和菌丝。即使在表达组成型GlcNAc分解代谢基因的情况下，YlRep1和YlNgs1缺失突变体仍然表现出丝状化表型，表明YlRep1-YlNgs1信号通路对GlcNAc抑制丝状化是必需的。

YlRep1和YlNgs1共同抑制丝状化相关基因

RNA-Seq分析显示，YlRep1缺失导致327个基因表达显著变化，其中213个基因上调，114个基因下调。YlNgs1缺失导致556个基因表达变化，其中362个基因上调，194个基因下调。YlRep1和YlNgs1共同抑制188个基因，这些基因包括17个转录因子基因和15个细胞壁蛋白基因。其中，YlWOR4、MHY1、YlCBF1和YlAAF2等转录因子基因以及七个细胞壁蛋白基因（包括三个类粘附素基因）被强烈抑制。

GlcNAc分解代谢在抑制丝状化中的非必需性

研究发现GlcNAc分解代谢不是抑制丝状化所必需的。YlDac1和YlNag1缺失细胞（无法分解代谢GlcNAc）仍然保持酵母形态，而YlNgt1和YlNag5缺失细胞则形成菌丝。这表明GlcNAc进入细胞和磷酸化（由YlNag5催化）是抑制丝状化所必需的，但进一步的分解代谢步骤不是必需的。

YlNag5在YlRep1介导的转录抑制中的可能作用

基因表达分析显示，YlRep1抑制的主要转录因子和细胞壁蛋白基因在YlNag5缺失细胞中均上调，表明YlNag5可能参与YlRep1介导的转录抑制。这些基因包括MHY1、YlWOR4等转录因子基因以及多个细胞壁蛋白基因，它们在YlNag5缺失背景下的上调表明YlNag5可能参与调控这些基因的表达。

讨论与意义

研究揭示了Yarrowia lipolytica中GlcNAc信号传导的新机制。与白色念珠菌中GlcNAc促进丝状化不同，Yarrowia lipolytica中GlcNAc抑制丝状化，这种差异可能反映了两种酵母生态位的不同。YlRep1-YlNgs1复合物在GlcNAc应答中发挥双重功能：激活分解代谢基因同时抑制丝状化相关基因。这种调控机制不依赖于GlcNAc分解代谢，但需要GlcNAc激酶YlNag5的参与。研究结果为了解真菌形态发生和代谢调控提供了重要见解，并对理解真菌致病性和工业应用具有重要意义。