Penicillium expansum中bZIP转录因子PeAP1和PeAtf1在生长、致病性及代谢调控中的独特功能解析

为解决苹果采后蓝霉病及棒曲霉素污染问题，研究人员通过基因敲除策略揭示了Penicillium expansum中bZIP转录因子PeAP1调控菌丝生长、氧化应激响应及致病性的分子机制，发现PeAtf1特异性调控棒曲霉素合成基因簇。该研究为开发新型抗真菌策略提供了理论靶点。

　　

在苹果产业链中，由Penicillium expansum（扩展青霉）引发的蓝霉病是采后损失的主要元凶，其产生的棒曲霉素（patulin）更因耐酸耐热特性成为果汁加工行业的世界性难题。这种真菌能在pH 2.5-8.5和-2℃至35℃的极端环境下存活，现有防控手段收效甚微。更棘手的是，所有商业苹果品种（尤其是富士苹果）对其均易感，而真菌与宿主互作过程中复杂的分子调控网络尚未明晰。

近年研究发现，碱性亮氨酸拉链（basic leucine zipper, bZIP）家族转录因子在病原真菌环境适应中发挥核心作用，但P. expansum中19个bZIP成员的功能图谱仍存在大片空白。前期转录组分析筛选出两个差异表达的bZIP基因——PeAtf1和PeAP1，其中PeAtf1被证实通过负调控PeAP1表达影响氧化应激响应。这引出了更深层的科学问题：PeAP1如何独立调控真菌生物学过程？两个bZIP因子在代谢网络中存在何种分工？

研究人员采用基因敲除（gene replacement）技术构建ΔPeAP1突变体，通过表型组学分析比较野生型与突变体在生长、产孢、致病性等方面的差异。借助氧化应激诱导（H₂O₂处理）与缓解实验（谷胱甘肽GSH补充），结合DAB染色和NADPH氧化酶抑制剂（DPI）处理，解析PeAP1在ROS清除中的作用机制。采用单碳源/氮源培养基评估代谢偏好性，通过HPLC定量和RT-qPCR检测棒曲霉素合成通路关键基因表达。

研究结果显示，ΔPeAP1突变体表现出显著的生长缺陷（菌落直径减少21.46%），但对产孢无影响。在氧化应激下，突变体完全丧失生长能力，其细胞内H₂O₂积累量较野生型提高2.3倍。当添加2 mM GSH后，突变体生物量恢复37%，证实PeAP1通过上调NOX1、GST等抗氧化基因维持ROS稳态。在致病性方面，ΔPeAP1侵染苹果形成的病斑缩小42%，而DPI处理可部分恢复其毒力，揭示宿主ROS爆发是限制突变体侵染的关键因素。

代谢调控网络分析发现两个bZIP因子的功能分化：PeAP1显著影响苹果果胶代谢（利用率降低40%），而PeAtf1特异性调控棒曲霉素合成。ΔPeAtf1突变体的棒曲霉素产量下降50%，其patulin基因簇中PatD、PatE等9个基因表达显著受抑。值得注意的是，虽然二者均参与氮代谢，但ΔPeAP1对有机氮源（谷氨酸/甘氨酸）利用障碍更显著，而ΔPeAtf1仅在甘氨酸代谢中表现缺陷。

这项研究首次系统阐明了P. expansum中两个bZIP因子的功能分工：PeAP1作为"环境适应总指挥"调控基础生理过程，其介导的氧化应激响应是致病关键；而PeAtf1则扮演"代谢开关"角色，特异性控制棒曲霉素生物合成。该发现不仅为理解真菌致病机制提供了新视角，更提示PeAP1可作为新型杀菌剂的潜在靶点——通过设计氧化应激增强剂特异性抑制该通路，或能突破现有防控瓶颈。对于食品工业而言，针对PeAtf1调控网络的干预有望从源头减少棒曲霉素污染，具有重要的产业应用价值。