《Journal of Invertebrate Pathology》：TCA cycle-related lactate and malate dehydrogenases differentially modulate fungal development, immune evasion and pathogenicity in the entomopathogen
Beauveria bassiana
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时间：2026年08月31日来源：Journal of Invertebrate Pathology 2.4
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•在 B. bassiana 中鉴定出三种与三羧酸循环相关的 LDH 结构域蛋白。•两种蛋白（BbLdh 和 BbMdh2）在 B. bassiana 中进行了功能分析。•BbLdh1 定位于过氧化物酶体，BbMdh2 定位于细胞质。•这两种蛋白对生长、应激耐性和致病力有不同
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在 B. bassiana 中鉴定出三种与三羧酸循环相关的 LDH 结构域蛋白。
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两种蛋白（BbLdh 和 BbMdh2）在 B. bassiana 中进行了功能分析。
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BbLdh1 定位于过氧化物酶体，BbMdh2 定位于细胞质。
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这两种蛋白对生长、应激耐性和致病力有不同的贡献。
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三羧酸循环对于 B. bassiana 的感染周期至关重要。
引言
丝状昆虫病原真菌（EPF）（例如 Beauveria bassiana 和 Metarhizium anisopliae）是自然环境中昆虫种群重要的生物调节剂，也是生物防治程序中化学杀虫剂的潜在替代品 (de Faria and Wraight, 2007)。真菌繁殖体通过一系列过程感染并杀死敏感宿主，包括附着、萌发、穿透、双相转化和增殖 (Ortiz-Urquiza and Keyhani, 2013; Peng et al., 2022)。在入侵和增殖过程中，昆虫病原真菌从宿主中同化各种营养物质（例如碳水化合物、脂质和氨基酸）(Lu et al., 2014)。三羧酸（TCA）循环是碳代谢的中心过程，协调碳水化合物、蛋白质和脂质的转化。该循环由八种不同的酶催化的八个步骤组成 (Inigo et al., 2021)。在 M. anisopliae 和 B. bassiana 中，TCA 循环参与感染周期，其酶基因（例如柠檬酸合酶和乌头酸酶）在真菌生长于宿主体壁和多种营养物质期间表达 (Padilla-Guerrero et al., 2011)。琥珀酸脱氢酶 (Sdh)，又称呼吸链复合体 II，在 TCA 循环和电子传递链中发挥关键功能。SdhC 作为 Sdh 的线粒体锚定亚基，对 B. bassiana 的营养生长、无性发育、应激耐性和致病性有显著贡献 (Ding et al., 2022)。然而，其他与 TCA 循环相关的酶在昆虫病原真菌中的生物学作用在很大程度上仍然未知。
乳酸脱氢酶 (Ldh) 催化丙酮酸 - 乳酸的相互转化，作为替代途径为 TCA 循环提供丙酮酸 (Laouami et al., 2011)。真菌乳酸脱氢酶 (Ldh) 在类型和功能上表现出显著的多样性。在酵母中，存在两种内源类型，包括 D-乳酸铁细胞色素 c 氧化还原酶和 L-乳酸铁细胞色素 c 氧化还原酶 (Cyb2p)，分别催化 D- 和 L-乳酸特异性氧化为丙酮酸 (Lodi and Guiard, 1991; Lodi and Ferrero, 1993)。在丝状真菌 Magnaporthe oryzae 中，三种 FAD 依赖的 D-Ldh (MoDld1–3) 和四种 FMN 依赖的 L-Ldh (MoLld1–4) 在感染结构中高度表达 (Zhou et al., 2017)。在 Fusarium graminearum 中，有两种 FMN 依赖的 L-Ldh，包括 FgldhL1 和 FgldhL2 (Chen et al., 2018)。此外，许多丝状真菌还具有 NAD 依赖的 L-Ldh。在 Rhizopus oryzae 中，LdhA 和 LdhB 编码 NAD 依赖的 L-Ldh，缺乏可检测的氧化（乳酸到丙酮酸）活性 (Skory, 2000; Skory and Ibrahim, 2007)。这些发现表明真菌中各种乳酸脱氢酶具有多样化的生物学功能。
NAD 依赖的苹果酸脱氢酶 (Mdh) 是 NAD 依赖的乳酸脱氢酶的同源物，两者都属于 α-酮酸/羟基酸脱氢酶超家族，共享相似的蛋白质折叠模式和催化机制 (Chatterjee et al., 2023)。最近的一项理论提出，Ldh 是从四聚体 Mdh 基因复制事件的结果进化而来的 (Wolyniak et al., 2024)。Mdh 有几种同工酶位于不同的亚细胞器中，催化 L-苹果酸到草酰乙酸的 NAD 依赖的可逆还原，这在 TCA 中间体的周转中发挥至关重要的作用 (de Lorenzo et al., 2024)。真菌 Mdh 异构体表现出多样的亚细胞定位和功能。在 Saccharomyces cerevisiae 中，不同的线粒体 (Mdh1)、细胞质 (Mdh2) 和过氧化物酶体 (Mdh3) 异构体调节代谢 (Minard and McAlister-Henn, 1991; Moriyama et al., 2018)。值得注意的是，Mdh2 还通过 Pex5 与 Mdh3 形成异源寡聚体而定位到过氧化物酶体，编排乙醛酸循环和 β-氧化 (Gabay-Maskit et al., 2020)。在 Yarrowia lipolytica 中，YlMDH2 的替代剪接产生了细胞质和过氧化物酶体异构体 (Kabran et al., 2012)。Mdh 在丝状真菌中发挥重要的生理作用。在 Arthrobotrys oligospora 中，AoMae1（一种 Mdh 同源物）的缺失会降低 ATP 水平并改变菌丝融合、脂质动态和陷阱形成 (Liu et al., 2023)。在 Fusarium oxysporum 中，FonMDH2 参与菌丝生长、无性生殖、分生孢子的穿透能力和致病性。FonMDH3 和 FonMDH1 似乎更为关键，因为它们的缺失导致了致死性或严重的生长和发育缺陷 (Huang et al., 2023)。总之，真菌 Mdh 同工酶的功能多样性反映了对特定代谢需求的进化适应。
在本研究中，在丝状昆虫病原真菌 B. bassiana 中鉴定出了一个 LDH 基因 (BbLDH) 和两个 MDH 基因 (BbMDH1 和 BbMDH2)。通过构建基因敲除和互补突变体对其生物学功能进行了表征；然而，经过多次尝试，BbMDH1 未能成功敲除。结果表明，BbLdh 和 BbMdh2 对于 B. bassiana 的营养生长、分生孢子萌发、发育、应激耐性和致病力是必需的。
片段摘录
微生物和培养条件
B. bassiana ARSEF2860 (WT) 野生菌株购自美国农业部昆虫病原真菌收藏室 (Ithaca, NY, USA)。WT 菌株及其衍生菌株在沙氏葡萄糖琼脂平板 (SDAY: 4% 葡萄糖，1% 蛋白胨，1.5% 琼脂和 1% 酵母提取物) 上培养以产生分生孢子。目标质粒使用大肠杆菌 DH5α (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA) 在含必要抗生素的 Luria-Bertani (LB) 培养基中构建。Agrobacterium
生物信息学鉴定和分子操作
在对 B. bassiana 蛋白质数据库进行 BLAST 搜索后，鉴定出 NAD 依赖的 L-乳酸脱氢酶和 NAD 依赖的 L-苹果酸脱氢酶的同源物，并命名为 BbLdh (GenBank No.: EJP67245)，BbMdh1 (EJP65534)，和 BbMdh2 (EJP64824)，它们均由一个 Ldh_1_N 结构域 (pfam00056) 和一个 Ldh_1_C 结构域 (pfam002866) 组成。如图 S1 所示，NAD 依赖的 L-乳酸脱氢酶 (Ldh) 和 NAD 依赖的 L-苹果酸脱氢酶 (Mdhs) 高度保守
讨论
能量代谢稳态和强大的应激适应性是真菌在复杂宿主微环境中生存和致病的关键先决条件 (Yaakoub et al., 2022; Weerasinghe et al., 2024)。在此，我们在 B. bassiana 中鉴定出一种 NAD 依赖的 L-乳酸脱氢酶 (BbLdh) 和两种 L-苹果酸脱氢酶 (BbMdh1 和 2)，并剖析了它们在真菌 - 宿主相互作用中的功能。我们的发现表明，两种与 TCA 循环相关的代谢酶 (BbLdh 和
结论
B. bassiana 含有一种乳酸脱氢酶 (BbLdh) 和两种苹果酸脱氢酶 (BbMdh1 和 BbMdh2)。BbLdh 和 BbMdh2 有助于 B. bassiana 的真菌生长、发育、应激耐性和致病力。此外，BbLdh 是真菌酸化周围环境能力所必需的。这项研究为代谢酶在昆虫病原真菌中的生物学作用提供了新的见解。
