曲霉菌（Aspergillus sydowii）在端足类动物肠道和深海沉积物中对渗透压差异的应激反应及其调控机制

《Applied and Environmental Microbiology》：Differential hypo-osmotic stress responses and regulatory mechanisms of Aspergillus sydowii in amphipod guts and hadal sediments

本研究从深海琵琶虾肠道中分离出耐低渗真菌Aspergillus sydowii XTO612，并与来自深海沉积物的同种菌株DM1进行对比。通过生理表型分析、代谢组学及转录组学研究发现，XTO612在0.1 M低渗条件下表现出更强的应激适应能力，其细胞壁重构（如β-1,3-葡聚糖积累）、能量代谢重编程（糖酵解和三羧酸循环增强）及渗透调节途径（如聚醇合成）的协同调控机制显著优于DM1。比较转录组数据揭示XTO612在低渗环境下激活了719个独特上调基因，涉及膜通透性调节、氧化磷酸化增强及次级代谢物合成等关键通路，为理解深海微生物环境适应机制提供了新视角。

　　在地球的深海环境中，存在许多极端条件，包括高压、低温以及盐度和氧气浓度的波动。这些条件对生活在其中的生物构成了独特的生存挑战，同时也塑造了它们的生理和生化适应机制。近年来，科学家们对深海生态系统的探索不断深入，尤其是在深海沟壑（hadal zones）中的生物多样性及其生态功能方面。然而，尽管对深海甲壳类动物（如深海 amphipods）的生理适应性已有诸多研究，其肠道内的微生物群落，尤其是真菌的组成和功能，仍存在较大的研究空白。本研究聚焦于从深海沟壑中采集的深海甲壳类动物 Hysterocrates gigas 的肠道中分离出一种新型的丝状真菌 Aspergillus sydowii XTO612，并对其在低盐度环境下的生理响应进行了系统分析。该研究揭示了不同来源的 Aspergillus sydowii 在面对相同低盐度胁迫时所表现出的适应性差异，进一步阐明了真菌在极端环境下的生存策略及其在深海生态系统中的潜在作用。

Aspergillus sydowii 是一种广泛存在于陆地和海洋环境中的真菌，尤其在盐度较高的环境中更为常见。它不仅与珊瑚礁疾病的发生有关，还因其能够产生结构多样的次级代谢产物而受到关注。这些次级代谢产物具有广泛的生物活性，包括抗菌、抗病毒和抗癌等特性，因此在药物研发和生物技术应用中展现出巨大的潜力。然而，大多数研究集中于该真菌在高盐度条件下的适应机制，而对其在低盐度条件下的响应机制了解甚少。因此，本研究选择低盐度（0.1 M NaCl）作为环境胁迫条件，以探讨 Aspergillus sydowii 在不同栖息地中的适应策略。

通过比较不同来源的 Aspergillus sydowii 菌株（包括来自深海沉积物的 DM1 菌株、来自浅海生态系统的 SDM1 菌株以及来自中国陆地环境的 L-5 菌株），研究人员发现，XTO612 菌株在低盐度条件下的生理反应更为显著。在低盐度条件下，XTO612 菌株表现出更强的抗压能力，其菌丝体的形态变化更为有限，而 DM1 菌株则在低盐度环境下出现了明显的菌丝体膨胀现象。这一差异表明，不同来源的 Aspergillus sydowii 在应对低盐度胁迫时，可能通过不同的适应机制来维持其细胞内的水活性平衡。此外，研究还发现，低盐度条件显著影响了这两种菌株的次级代谢产物合成，其中 XTO612 菌株在低盐度下的色素合成能力较弱，而 DM1 菌株则表现出较强的色素合成能力。这些发现不仅揭示了真菌在低盐度环境下的适应性特征，还为理解其在不同生态环境中的代谢多样性提供了新的视角。

在低盐度条件下，真菌的细胞壁结构和组成也发生了显著变化。研究发现，XTO612 菌株的几丁质合成基因（chs1）和甘露糖-6-磷酸异构酶基因（manA）的表达水平显著上调，这可能意味着其细胞壁中的几丁质和甘露糖成分在低盐度环境下得到了增强。与此同时，β-1,3-葡聚糖水解酶（EC 3.2.1.58）的表达则下调，这可能有助于减少细胞壁中 β-1,3-葡聚糖的降解，从而维持细胞壁的稳定性。这些变化表明，真菌通过调整细胞壁的结构和成分，以适应低盐度环境中的渗透压力变化。此外，XTO612 菌株在低盐度条件下表现出增强的膜流动性，这可能与其脂肪酸合成相关基因的上调有关。这种膜结构的调整有助于细胞在低盐度环境中维持正常的生理功能，例如维持细胞内外的渗透平衡和增强细胞的抗逆性。

在能量代谢方面，研究发现 XTO612 菌株在低盐度条件下表现出不同的代谢特征。例如，其参与氧化磷酸化的基因（如 ND4L、ND5、ND4、ND1、ndh、cytB、ATP9 和 ATP6）的表达水平显著上调，而细胞色素 c 氧化酶亚基（cox）基因的表达则下调。这表明，XTO612 菌株可能通过增强氧化磷酸化过程来提高其细胞的能量代谢效率，从而更好地应对低盐度环境中的能量需求。此外，糖酵解途径中的某些基因（如 pyk）也表现出上调趋势，这可能意味着在低盐度条件下，XTO612 菌株能够更高效地进行糖酵解，以满足其生长和代谢所需的能量。这些发现揭示了低盐度环境对真菌能量代谢的影响，并进一步阐明了其在不同盐度条件下的适应策略。

本研究还通过转录组分析揭示了 XTO612 菌株在低盐度条件下的基因表达模式。结果表明，XTO612 菌株在低盐度条件下表现出更多的基因上调和下调现象，其中涉及细胞壁重塑、膜通透性调节、能量代谢和渗透调节等关键生物学过程。相比之下，DM1 菌株在低盐度条件下的基因表达变化较少，这可能与其长期适应高盐度环境有关。这些基因表达的变化不仅反映了真菌对低盐度胁迫的响应机制，还为理解其在不同生态环境中的进化适应性提供了重要的线索。

研究还发现，低盐度条件对真菌的次级代谢产物合成具有显著影响。在低盐度环境下，XTO612 菌株的某些次级代谢产物（如 Unguisin B、Aspergillicin E、Radarin B 等）的合成能力较弱，而 DM1 菌株则表现出较强的合成能力。这一现象可能与真菌在不同盐度条件下的代谢调控策略有关。此外，研究还发现，低盐度条件可能导致真菌的氧化应激水平升高，但 XTO612 菌株的 ROS（活性氧）水平显著低于 DM1 菌株，这表明其具有更强的抗氧化能力。这种差异可能与其在低盐度环境中的适应性有关，同时也为探索真菌在不同盐度条件下的代谢调控机制提供了新的方向。

本研究的结果不仅丰富了我们对真菌在低盐度环境下的适应机制的理解，还揭示了不同来源的 Aspergillus sydowii 在应对相同环境胁迫时可能采用不同的策略。这种适应性的差异可能源于其在不同生态环境中的长期演化，例如深海甲壳类动物肠道内的独特微环境。此外，研究还发现，低盐度条件可能促进真菌次级代谢产物的多样性，这为未来在深海环境中的生物资源开发提供了新的思路。例如，通过调控盐度条件，可能能够诱导真菌产生特定的次级代谢产物，从而为药物研发和生物技术应用提供新的材料来源。

总的来说，本研究通过系统分析 Aspergillus sydowii XTO612 菌株在低盐度环境下的生理和代谢响应，揭示了其在深海极端环境中的适应机制。这些发现不仅有助于理解真菌在不同生态环境中的生存策略，还为探索深海微生物资源的开发和利用提供了重要的理论依据。未来的研究可以进一步探讨这些适应性机制的分子基础，以及它们在不同盐度条件下的具体作用，从而为深海生态系统的微生物研究提供更全面的视角。