基于结构基因组学的球孢白僵菌ARSEF 2860分泌蛋白预测揭示新型毒素样家族及其杀虫潜力

本研究针对化学杀虫剂的环境污染和抗药性问题，通过整合AlphaFold2结构预测、DeepFRI功能注释等生物信息学技术，系统分析了球孢白僵菌ARSEF 2860的365个未表征分泌蛋白(SPs)，发现269个高置信度(pLDDT>70)结构，鉴定出Janus-faced atractoxins、Cry毒素类似物、ARTs-like等新型毒素样家族，为开发绿色生物杀虫剂提供新靶点。

　　

在农业害虫防治领域，化学杀虫剂的过度使用导致土壤污染、农产品残留和昆虫抗药性等严峻问题。球孢白僵菌(Beauveria bassiana)作为一类能感染700多种昆虫的病原真菌，其天然分泌的毒素蛋白被视为环保型生物杀虫剂的理想候选。然而，该真菌基因组中约24%的未表征蛋白(UPs)功能未知，特别是分泌组(secretome)中可能隐藏着新型杀虫蛋白。来自艾因夏姆斯大学微生物系的研究团队通过计算结构基因组学方法，首次系统预测了球孢白僵菌ARSEF 2860菌株分泌蛋白的三维结构，发现多个与已知毒素结构相似的新型蛋白家族，相关成果发表于《Scientific Reports》。

研究采用SignalP v5.0筛选分泌蛋白，结合AlphaFold2(AF2)进行结构预测，使用InterPro 98和DeepFRI进行功能注释，通过TM-align和DALI服务器进行结构比对，并运用CB-Dock2和HDOCK开展分子对接验证。

统计描述未表征分泌蛋白特征
从2483个UPs中鉴定出365个含信号肽的分泌蛋白，其中269个(74%)获得高置信度结构预测(pLDDT>70)。序列注释显示80%以上蛋白缺乏InterPro注释，凸显结构预测的必要性。

鉴定具有knottin折叠的毒素样蛋白
发现6个基因编码的蛋白与蜘蛛神经毒素(如δ-theraphotoxin)结构相似(TM>0.65)，其中BBA_08673与澳大利亚漏斗网蜘蛛毒素Janus-faced atracotoxin(J-ACTX)结构高度相似(TM 0.71)，分子对接证实其可结合果蝇钾通道(K_(Ca))。另发现7个气泡蛋白(BP)样防御素，具有抗真菌潜力。

Cry毒素样蛋白聚类
5个蛋白与苏云金芽孢杆菌Cry51Aa1毒素结构相似，BBA_06207等蛋白的β-孔道形成结构与商业杀虫剂同源，富含苏氨酸残基的活性位点与已知Cry毒素特征一致。

GNIP1Aa毒素样蛋白
BBA_02700和BBA_09997与膜攻击复合物/穿孔素(MACPF)家族成员GNIP1Aa结构相似(TM>0.5)，该毒素对西方玉米根虫具有特异性毒杀作用。

ARTs-like毒素聚类
17个蛋白呈现ADP-核糖基转移酶(ARTs)折叠，其中BBA_04708类似白喉毒素(TM 0.65)，BBA_03706则与热不稳定肠毒素结构高度相似(TM 0.85)，暗示真菌可能通过水平基因转移获得细菌毒素同源物。

新型金属离子结合蛋白
发现BBA_01910等蛋白通过组氨酸标签(His-tag)结合锌离子(ipTM 0.92)，BBA_09398和BBA_02207分别特异性结合钠、钴离子，可能通过螯合昆虫必需金属离子发挥毒性。

该研究首次通过计算结构生物学揭示了球孢白僵菌分泌组中隐藏的毒素样蛋白多样性，包括与商业杀虫剂结构相似的新家族(如Cry毒素类似物)和独特金属离子结合蛋白。这些发现不仅拓展了对真菌致病分子机制的认识，更为开发新一代靶向昆虫离子通道、金属代谢等通路的特异性生物杀虫剂奠定基础。尽管25%蛋白未能预测结构，但该方法为大规模挖掘微生物功能蛋白提供了高效策略，未来需通过湿实验验证预测蛋白的杀虫活性。

研究创新性体现在：1) 将AlphaFold2应用于昆虫病原真菌分泌组系统分析；2) 发现真菌与动物毒素的结构趋同进化现象；3) 揭示ADP-核糖基化毒素在真菌中的潜在水平转移起源。这些发现对发展可持续农业害虫防控技术具有重要指导意义。