黄曲霉关键糖转运蛋白驱动发育与致病性的分子机制及防控潜力

本研究系统解析了黄曲霉（Aspergillus flavus）中糖转运蛋白（STPs）G4B84_001982和G4B84_005374的功能，证实其通过调控糖代谢、细胞壁完整性（CWI）和胁迫响应介导真菌发育与致病性，为开发靶向STPs的作物抗真菌策略和食品安全防控提供新思路。

　　

引言

黄曲霉作为全球最危险的真菌之一，既是侵袭性曲霉病的主要病原体，又是致癌物黄曲霉毒素B1（AFB1）的主要生产者。其大直径分生孢子易引发浅表感染，近期在COVID-19合并感染病例中的爆发更凸显其威胁。糖类作为真菌代谢核心，通过糖转运蛋白（STPs）介导的摄取过程直接影响病原体发育、毒力和次级代谢产物合成。然而，黄曲霉STPs的功能机制尚未明确。

材料与方法

研究采用基因敲除策略构建Δ1982、Δ5374和Δ9351突变体，通过酵母异源表达系统验证STP功能。表型分析涵盖生长速率、孢子形成、萌发动态、菌核发育等指标，结合细胞壁组分检测（HPAEC-PAD分析）和胁迫敏感性实验。致病性评估采用玉米/花生种子感染模型和昆虫（Galleria mellonella）模型，AFB1产量通过薄层色谱（TLC）检测。

结果

STPs的结构与表达特征

生物信息学分析显示，G4B84_001982和G4B84_005374具有典型MFS家族12次跨膜结构，含保守的D(N)RXGRR和PESPR基序。RT-PCR揭示G4B84_001982在菌丝生长阶段高表达，而G4B84_005374在萌发期活跃，暗示发育阶段特异性调控。

糖代谢与生长缺陷

Δ1982突变体对所有测试糖类（葡萄糖、果糖等）均表现严重生长抑制，酵母互补实验证实其广谱底物特异性；Δ5374则选择性影响单/双糖利用。两者孢子产量下降50-83%，萌发延迟8-15小时，菌核形成近乎消失（Δ1982减少99%）。

细胞壁完整性崩溃

突变体对刚果红（CR）和钙荧光白（CFW）敏感性显著增强，细胞壁组分分析显示Δ1982葡聚糖减少50%、几丁质反常增加42%，Δ5374半乳甘露聚糖下降70%，揭示STPs通过糖供应调控细胞壁稳态。

环境胁迫响应失调

1.2 M山梨醇或5 mM H₂O₂处理下，突变体生长抑制率达80%，表明STPs缺失导致渗透压和氧化应激防御机制崩溃。

致病性衰减

种子感染模型中，Δ1982和Δ5374的孢子吸附量降低60-90%，且完全丧失AFB1合成能力；昆虫感染72小时后幼虫存活率分别达90%和30%（野生型仅6-10%），证实STPs是跨宿主致病的关键因子。

讨论

本研究首次阐明黄曲霉STPs通过"糖摄取-代谢-毒力"轴调控病原生物学过程。G4B84_001982作为主效转运体，其缺失引发碳源饥饿连锁反应，导致细胞壁缺陷、发育阻滞和毒力丧失。值得注意的是，Δ5374对AFB1合成的完全抑制提示STPs可能直接参与毒素合成前体供应。

从应用视角看，靶向STPs的抑制剂设计或宿主诱导基因沉默（HIGS）技术可阻断真菌营养掠夺，为抗病育种提供新靶点。例如，工程化改造植物STPs（如小麦Lr67res变体）或施用竞争性糖类似物，可能破坏病原体糖感知系统。未来研究需解析STPs在宿主-病原体互作界面的动态调控网络，为开发广谱抗真菌策略奠定基础。