转录因子Nrg1调控平菇菌丝分支及细胞壁结构形成的分子机制

研究人员针对丝状真菌Pleurotus ostreatus中转录因子Nrg1的功能未知问题，通过基因敲除、荧光标记和电镜观察等技术，首次揭示Nrg1通过调控疏水蛋白基因vmh3及多糖合成酶ags1/fks1表达，影响菌丝分支频率（Lhgu降低30%）、细胞壁α/β-葡聚糖含量（分别下降33%和18%）及氧化应激响应（H2O2敏感性增加1.5倍），为理解白腐真菌环境适应机制提供新视角。

　　

在真菌王国中，细胞壁如同城堡的外墙，既是保护屏障又是环境感知器。对于大名鼎鼎的白腐真菌平菇（Pleurotus ostreatus）而言，这座"城墙"的建造师身份却扑朔迷离。科学家们早已在酵母中发现C2H2锌指转录因子Nrg1能同时调控环境应激和细胞壁合成，但这个"多面手"在丝状真菌中究竟扮演什么角色？更令人困惑的是，平菇菌丝为何能保持特定分支角度（约75°）？这些分支模式又如何影响其降解木质素的能力？

为了解开谜团，京都大学团队在《Fungal Genetics and Biology》发表突破性研究。他们采用ku80缺陷型宿主20b菌株构建Δnrg1突变体，通过融合PCR构建基因敲除盒，结合Southern blot验证单拷贝插入。运用透射电镜（TEM）定量50个位点的细胞壁厚度，采用Megazyme试剂盒测定多糖含量，并创新性使用BGBD-GFP（β-葡聚糖结合域）和DCD-tetraRFP（α-葡聚糖结合域）双荧光标记技术，配合共聚焦显微镜实现多糖分布可视化。

菌丝发育调控方面，Δnrg1菌株的菌落直径缩减50%，气生菌丝量减少60%。共聚焦图像分析显示突变体菌丝分支单元长度（L_hgu）显著缩短，分支角度增大至近90°，扫描电镜捕捉到特征性"球根状"异常分支结构。这些发现首次证实Nrg1是丝状真菌菌丝形态建成的核心调控因子。

细胞壁结构分析呈现矛盾现象：虽然TEM显示壁厚不变，但表面黑色蛋白层明显变薄。这种变化与疏水蛋白基因vmh3表达量骤降95%直接相关，导致SDS液滴接触实验中的疏水性丧失。特别值得注意的是，α-葡聚糖和β-葡聚糖含量分别降至野生型的85%和82%，对应合成酶基因ags1和fks1表达下调30-40%。荧光显微技术更直观显示：突变体菌丝尖端β-葡聚糖信号减弱，而α-葡聚糖红色荧光增强，异常分支位点几乎检测不到β-葡聚糖信号。

在应激响应方面，Δnrg1菌株对H₂O₂的敏感性增加1.4倍，抗氧化基因cat2表达量不足野生型10%。但对β-葡聚糖抑制剂micafungin的抗性未变，仅对几丁质抑制剂Calcofluor White敏感性增加，暗示Nrg1主要影响特定应激通路。

这项研究构建了Nrg1功能的立体画像：它如同真菌细胞内的"建筑师总监"，通过三重机制维持平菇正常生命活动。在形态建成层面，直接或间接控制分支相关基因表达；在物理屏障方面，通过vmh3调控表面疏水性；在化学组成维度，协调多糖合成酶基因表达。这些发现不仅填补了丝状真菌Nrg1功能研究的空白，更为理解蛋白激酶A（PKA）下游通路提供新线索——在隐球菌中已被证实PKA通过磷酸化激活Nrg1，而平菇Δpkac2突变体与Δnrg1在氧化应激和疏水蛋白表达表型上的相似性，暗示着保守调控机制的可能。未来研究可进一步探索Nrg1是否作为PKA信号通路的"执行者"，以及其在木质素降解过程中的潜在作用，为真菌生物技术应用开辟新途径。