《Food Bioscience》：Integrated transcriptomic and metabolomic profiling reveals
zip9 as a positive regulator of tyrosol-induced dimorphic transition in
Tremella fuciformis
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摘要在Tremella fuciformis中，酵母态与假菌丝态之间的二形性转变是一种重要的形态发生过程，与真菌的发育及栽培相关特性密切相关。然而，这一转变背后的转录组学和代谢组学变化机制至今尚未被充分理解。本研究阐明了酪醇诱导Tremella fuciformis发生二形性转变
摘要
在Tremella fuciformis中，酵母态与假菌丝态之间的二形性转变是一种重要的形态发生过程，与真菌的发育及栽培相关特性密切相关。然而，这一转变背后的转录组学和代谢组学变化机制至今尚未被充分理解。本研究阐明了酪醇诱导Tremella fuciformis发生二形性转变的机制。实验表明，200 μmol/L浓度的酪醇是最佳诱导剂，可使假菌丝形成率提升至58.6%。多组学分析发现了367个差异表达基因（233个上调，134个下调）以及81种差异丰度代谢物（51种上调，30种下调），这些分子主要参与氧化磷酸化过程和脂肪酸代谢。值得注意的是，锌转运蛋白基因zip9在酪醇诱导下其表达量提升了61.9倍。生物信息学分析显示，zip9编码一种含有8个跨膜螺旋结构的392氨基酸长的整合膜蛋白。功能研究证明，zip9能够维持细胞内的锌平衡，并影响细胞对酪醇的响应。过表达zip9可提高细胞对锌的耐受性，进一步提升假菌丝形成率（在200 μmol/L酪醇浓度下可达60%以上），并促进双核菌丝的生长。相反，RNAi技术敲低zip9表达则会抑制假菌丝形成（低于50%），同时严重限制菌丝生长，导致菌落直径缩小至15.4毫米。此外，外源添加ZnSO4也能以剂量依赖的方式恢复菌落生长（zip9-OE > WT > zip9-Ri）。总体而言，zip9是连接细胞锌平衡与酪醇诱导的二形性转变及菌丝发育的关键正向调控因子。
引言
二形性转变是多种真菌为适应复杂环境而演化出的重要生存策略，它使得真菌能够在类酵母细胞与丝状体之间实现可逆转换（Elías-Villalobos等，2011；Martínez-Espinoza等，2004；Sánchez-Martínez & Pérez-Martín，2001）。尽管在诸如Candida albicans和Ustilago maydis等模式病原真菌中，这种二形性转变已被广泛研究，这些真菌中的保守信号网络和关键转录因子能够调控细胞的极性和生长过程（Hamel等，2012；Ruben等，2020），但在非病原性高等真菌中，驱动形态发生转变的分子和代谢机制却仍不甚清楚。
Tremella fuciformis是一种在中国备受重视的“药用兼食用”真菌，因其丰富的营养成分、独特的口感以及出色的健康益处，在现代食品和营养品行业中占据重要地位（Hao等，2026；Sun等，2009；Wang等，2019；Wu等，2019）。作为担子菌的代表，T. fuciformis具有独特的二形性转变特征，即能够在单细胞的类酵母细胞与极化的假菌丝或菌丝之间实现可逆转换（Li等，2025；Li等，2022；Zhu等，2021）。由于类酵母细胞生长迅速，且适合用于液体深层发酵，因此它们被视为表达高价值功能性成分或外源基因的理想食品级真菌生物反应器（Liu等，2018；Shin等，2015；Zhu等，2017；Zhu等，2006）。因此，这种二形性转变不仅为研究担子菌的发育生物学和细胞极性维持提供了理想模型，还影响着人工栽培的产量、该真菌感染寄主植物Annulohypoxylon stygium的能力、生物反应器中异源基因表达的效率，以及多糖等重要生物活性大分子的合成（Rui等，2025；Zhu等，2016）。虽然已有研究零星报道了影响这一过程的环境因素（Hou等，2011），但尚未有全面的多组学研究揭示化学信号分子是如何在T. fuciformis中调控这一形态发生转变的，这仍是当前研究中的重要空白。
酪醇是一种芳香醇，同时也是真菌的群体感应分子，它在真菌的生长和形态发生过程中起着重要作用（Albuquerque & Casadevall，2012；Chen等，2004）。虽然酪醇能促进模式酵母菌的菌丝生长，但在T. fuciformis中，酪醇信号传导所引发的下游分子反应和代谢网络至今仍未被阐明。尤其是锌平衡问题值得关注，因为锌离子是参与细胞极性形成、细胞能量代谢以及细胞周期调控的重要辅因子（Jiang等，2015；Song等，2023；Wartalski等，2024）。Zrt-/Irt样蛋白（ZIP）超家族的转运蛋白在真核生物中起着维持锌平衡的作用（Converse & Thomas，2020；Matsuura等，2009）；然而，zip9基因在真菌形态发生转变中的作用，尤其是在酪醇诱导假菌丝形成过程中的功能，目前仍需进一步验证。
为填补这一知识空白，本研究利用T. fuciformis的类酵母细胞系统地研究了酪醇诱导的二形性转变。首先确定了有效的酪醇诱导条件，随后通过转录组学分析和非靶向代谢组学分析，构建了基因表达和代谢重编程的整合分子图谱。此外，还通过过表达、RNA干扰以及单核融合实验，对关键候选基因zip9（sp10041940.1）的功能进行了研究。本研究阐明了驱动T. fuciformis中酪醇诱导假菌丝形成的多组学调控机制，确定zip9是连接细胞锌平衡与形态发生的关键下游效应因子，为食用真菌的发育生物学研究及遗传改良提供了宝贵的理论依据和分子靶点。
章节节选
菌株、质粒与培养基
马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）、卢里亚-伯塔尼（LB）培养液、完全培养基（CM）以及诱导培养基（IM）的制备方法参照Hao等（2026）的研究进行。两种相容的单核类酵母细胞Y32和Y13通常在华中农业大学食品微生物实验室中，于25°C条件下在PDA培养基上培养。大肠杆菌DH5α（中国青科）和根癌农杆菌EHA105（中国威迪）分别作为分子克隆和转化的宿主菌株。
优化酪醇浓度以诱导二形性转变
为确定适用于T. fuciformis Y32菌株的酪醇最佳诱导浓度，研究人员在7天培养后，通过光学显微镜观察了从5到200 μmol/L不等的浓度梯度下的反应情况（图1A）。通过对假菌丝形成率的定量分析，发现浓度梯度范围内存在明显的剂量依赖性形态发生转变（图1B）。在5到50 μmol/L的较低浓度范围内，假菌丝形成率仅有轻微上升
讨论
外源小分子或群体感应分子诱导的二形性转变，已被认为是真菌为应对环境变化而调整自身形态发生的一种重要适应性机制。在本研究中，通过整合转录组学和非靶向代谢组学分析，系统地阐明了200 μmol/L浓度的酪醇在T. fuciformis Y32菌株中诱导类酵母细胞向假菌丝转变的完整分子和代谢机制
CRediT作者贡献说明
Yuanyuan Wang：撰写——审阅与编辑、可视化、监督、资源提供、实验研究、概念构思。Aimin Ma：撰写——审阅与编辑、资源提供、项目管理、实验研究、资金获取、概念构思。Zhenhua Yang：资源提供、方法设计、正式分析。Xuetuan Wei：资源提供、实验研究、概念构思。Tingting Xiao：结果验证、数据整理、概念构思。Mei Hao：撰写——审阅与编辑、原始稿撰写、可视化
未引用参考文献
Nguyen等，2011；Sánchez-Martínez和Pérez-Martín，2001。
利益冲突声明
作者声明在本次研究的任何环节均不存在利益冲突。
资金支持
本研究得到了中国国家自然科学基金（NSFC，项目编号31572182）对Aimin Ma的支持。
利益冲突声明
? 该作者是本期刊的编委会成员/主编/副主编/特邀编辑，未参与本文的编辑审查或发表决策过程。
? 作者声明存在以下可能被视为利益冲突的财务利益/个人关系：作者声明在本次研究的任何环节均不存在利益冲突。
Mei Hao|Tingting Xiao|Zhenhua Yang|Xuetuan Wei|Yuanyuan Wang|Aimin Ma
华中农业大学食品科学与技术学院，中国武汉狮子山街1号，邮编430070
