Bipolaris maydis 中的疏水蛋白（Hydrophobins）并不会导致菌落的疏水性，但当这些蛋白在 Aspergillus nidulans 中异源表达时，却会改变菌落的疏水性

《Frontiers in Fungal Biology》：Hydrophobins in Bipolaris maydis do not contribute to colony hydrophobicity, but their heterologous expressions alter colony hydrophobicity in Aspergillus nidulans

该研究鉴定了Bipolaris maydis的四类水孔蛋白基因（Hyp1-Hyp4），通过基因敲除发现缺陷株在菌丝生长、分生孢子形成、致病性及应激耐受性方面与野生型无显著差异。然而，异源表达Hyp1-Hyp4在Aspergillus nidulans中恢复表面疏水性，其中Hyp1效果最佳，提示不同真菌中水孔蛋白功能分化。

　　在自然界中，某些微生物具有独特的生物功能，这些功能在不同的生态位中可能表现出高度的适应性与多样性。其中，丝状真菌分泌的一类小分子量、具有两亲性结构的蛋白质——疏水素（hydrophobins）引起了科学界的广泛关注。疏水素因其在细胞表面形成疏水屏障的能力，被认为在真菌的生长、繁殖及与宿主植物的相互作用中发挥重要作用。然而，对于某些特定真菌种类，如引起南方玉米叶斑病的真菌*Bipolaris maydis*（也称*Cochliobolus heterostrophus*），其疏水素的功能仍存在一定的不确定性。本研究旨在系统分析*B. maydis*中疏水素的种类、表达情况以及它们在真菌生命活动中的潜在作用。

*B. maydis*作为一种重要的植物病原真菌，其在农业生产中造成重大经济损失。为了更好地理解其致病机制，研究者们试图揭示其疏水素是否参与了病原性相关过程。已知在其他丝状真菌中，疏水素不仅参与了孢子表面的疏水性调控，还在孢子萌发、侵染结构形成以及与宿主的相互作用中起着关键作用。然而，在*B. maydis*中，由于疏水素基因的低同源性，使得识别和研究其功能变得尤为复杂。本研究通过基因组信息分析、基因敲除以及跨物种功能互补等方法，试图解答这些问题。

首先，研究者从*B. maydis*的基因组数据中筛选出四种可能的疏水素基因：Hyp1属于疏水素I类，而Hyp2、Hyp3和Hyp4属于疏水素II类。这四种基因在*B. maydis*中均被表达，但其表达水平在不同生长条件下存在差异。例如，在液体培养和宿主植物（玉米叶片）上的表达水平较高，而在固体培养基上的表达相对较低。这种表达模式的差异可能反映了疏水素在不同环境下的功能需求。Hyp1和Hyp3在不同条件下的表达水平显著高于Hyp2和Hyp4，表明它们在*B. maydis*的生长过程中可能扮演更重要的角色。

为了进一步研究这些疏水素的功能，研究者通过基因敲除技术生成了单基因缺失突变体，以及三基因和四基因同时缺失的突变株。这些突变株与野生型菌株在菌丝生长、孢子形成、环境压力耐受、致病力以及性繁殖等方面均未表现出显著差异。这意味着，尽管*B. maydis*具有多种疏水素基因，但它们的缺失并未对真菌的基本生命活动造成影响。此外，研究者还通过测量菌落的疏水性发现，所有突变株的疏水性与野生型菌株相似，进一步支持了疏水素在*B. maydis*中可能不是其疏水性形成的主要决定因素。

然而，为了验证疏水素是否仍然具有疏水功能，研究者将这些疏水素基因引入了另一种真菌——*Aspergillus nidulans*。*A. nidulans*是一种典型的丝状真菌，其基因组中缺失疏水素I类基因*dewA*的突变株表现出显著的菌落湿润性，这说明*dewA*基因在该菌中具有疏水功能。当研究者用*B. maydis*的四种疏水素基因分别进行互补实验时，发现这些疏水素能够有效恢复*ΔdewA*突变株的疏水性。尽管Hyp1、Hyp2、Hyp3和Hyp4在*B. maydis*中属于不同的类别，但在*A. nidulans*中，它们均能表现出疏水性。这表明，疏水素的功能可能具有一定的物种特异性，但在不同真菌中可能具有相似的核心作用。

有趣的是，不同疏水素基因在*A. nidulans*中的互补效果存在差异。其中，Hyp1和Hyp4的互补株表现出与野生型菌株相似的疏水性，而Hyp2和Hyp3的互补株则显示出较弱的疏水性，甚至导致菌落形态异常。这可能与疏水素的分泌方式或其在细胞外基质中的行为有关。例如，Hyp4在*N-末端*区域具有丰富的甘氨酸序列，这可能使其在*A. nidulans*中具有更好的适应性，从而避免了对菌落形态的不良影响。相比之下，Hyp2和Hyp3的结构可能与*A. nidulans*的分泌系统或细胞外基质不完全兼容，导致其在互补后表现出生长异常。这些发现进一步支持了疏水素在不同物种中可能具有不同的功能模式。

此外，研究者还观察到，当*B. maydis*的疏水素基因被引入*A. nidulans*后，其表达水平在某些情况下甚至超过了*A. nidulans*自身的*dewA*基因。这说明，即使在没有内源性疏水素II类基因的*A. nidulans*中，外源性疏水素也能够发挥其疏水功能。这一结果不仅证明了疏水素的保守性，还表明疏水素的功能可能不完全依赖于其在原生菌株中的表达，而是可以通过跨物种的分泌机制实现。这为理解疏水素的普遍功能及其在不同真菌中的适应性提供了新的视角。

值得注意的是，尽管*B. maydis*的疏水素在本研究中未表现出明显的致病性或生理功能的缺失，但它们在*A. nidulans*中仍然能够恢复疏水性。这提示我们，疏水素的功能可能并非局限于*B. maydis*，而是具有更广泛的生物学意义。然而，这种功能的实现可能依赖于疏水素的表达水平、分泌方式以及宿主的生理环境。例如，在*B. maydis*中，疏水素的表达可能受到其他基因（如*NPS4*）的调控，而*NPS4*的缺失会导致菌落疏水性的显著下降。因此，疏水素的功能可能并不是孤立存在的，而是与多个调控因子相互作用，共同维持菌落的疏水性。

综上所述，本研究揭示了*B. maydis*中四种疏水素基因的存在及其在不同条件下的表达特征。通过基因敲除实验，研究者发现这些疏水素在*B. maydis*的生长和致病过程中并未发挥关键作用，这可能与该菌的生物学特性有关。然而，当这些疏水素被引入*A. nidulans*后，它们能够有效恢复菌落的疏水性，说明疏水素的核心功能在真菌中是相对保守的。这一结果不仅拓展了我们对疏水素功能多样性的认识，还为未来研究疏水素在不同真菌中的潜在作用提供了重要的实验依据。进一步的分析可能需要结合疏水素的定位、与其他蛋白的相互作用以及其在不同环境中的表达调控，以更全面地理解疏水素在真菌生命活动中的具体角色。