线粒体定位的CmHmgr1基因调控白僵菌生长、产孢及寄生过程的分子机制研究

本研究揭示了白僵菌(Coniothyrium minitans)中线粒体定位的3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)基因CmHmgr1通过调控细胞凋亡途径影响真菌生长、分生孢子形成及对核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)的寄生能力。该发现为真菌生物防治剂的工业化应用提供了新靶点，同时拓展了HMGR在丝状真菌线粒体功能中的认知边界。

　　

研究背景

核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)作为重要植物病原体，每年造成油菜、生菜等经济作物重大损失。其天敌白僵菌(Coniothyrium minitans)因具有菌寄生特性成为生物防治研究热点。然而商业化应用受限于分生孢子产量和寄生效率两大瓶颈，解析其分子机制成为关键科学问题。

突变体表型特征

通过T-DNA插入突变库筛选获得分生孢子缺陷型突变体ZS-1TN5012，该菌株呈现三大表型异常：菌落颜色变浅、菌丝分支增多（直径增加约25%）、产孢量骤降80倍（仅1.3×10⁶个/cm²）。更值得注意的是，其对核盘菌菌核的寄生能力显著减弱，30天后菌核腐烂指数下降超50%，内部髓质保持完整。

关键基因鉴定

分子定位发现T-DNA插入破坏了CmHmgr1基因（KY949479），该基因编码389个氨基酸的HMGR蛋白。蛋白结构分析显示其含有典型的HMG-CoA还原酶结构域，与脉孢菌(Neurospora crassa)等真菌同源蛋白相似度达60%以上。引人注目的是，WoLF PSORT预测和后续荧光标记实验证实，CmHmgr1特异性定位于线粒体，这与经典ER定位的HMGR形成鲜明对比。

药理验证实验

使用HMGR抑制剂阿托伐他汀处理时，野生型ZS-1菌落出现类似突变体的表型，且突变体对药物敏感性更高。特别在20μg/mL浓度下，突变体生长抑制率达野生型的1.8倍，强烈提示CmHmgr1功能缺失与表型缺陷的直接关联。

基因功能验证

通过split marker技术构建的敲除株ΔCmHmgr-1重现了突变体表型：产孢量降至野生型1%（99×10⁶→1×10⁶个/cm²），孢子萌发率仅30%（野生型90%）。互补实验则使所有表型恢复正常，证实表型变化确由CmHmgr1缺失引起。

细胞凋亡机制

Annexin V-FITC/PI双染和TUNEL检测显示，突变体菌丝出现典型凋亡特征：磷脂酰丝氨酸外翻和DNA断裂。qPCR揭示凋亡相关基因CmYca1（ metacaspase同源物）、CmAif1（凋亡诱导因子）表达上调3-5倍，而抗凋亡基因CmBix1（Bcl-2类似物）也异常高表达，暗示细胞启动代偿性保护机制。

生物学意义

该研究首次揭示：

1. 线粒体定位的HMGR通过调控凋亡途径影响丝状真菌发育
2. CmHmgr1可作为增强白僵菌生物防治效能的分子靶点
3. 甲羟戊酸途径产物可能通过维持线粒体功能参与寄生过程

基因组分析发现白僵菌还存在第二个ER定位的HMGR编码基因CmHmgr2，其在互作过程中表达稳定，但基因敲除尝试均告失败，提示该基因可能具有必需功能，这为后续研究留下重要探索空间。