《International Journal of Biological Macromolecules》：Functional dissection of the s
mi1 regulator delineates its pivotal roles in modulating cellular physiology,
Monascus pigments production and citrinin accumulation in
Monascus purpureus
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•在Monascus purpureus中对smi1进行敲除和过表达研究。•删除smi1后胞外单宁显著增加。•转录组揭示smi1在生长和次级代谢中的关键调控网络。引言Monascus purpureus被公认为一种工业上重要的丝状真菌。长期以来，它被广泛用于红曲米、红曲酒和发
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在Monascus purpureus中对smi1进行敲除和过表达研究。
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删除smi1后胞外单宁显著增加。
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转录组揭示smi1在生长和次级代谢中的关键调控网络。
引言
Monascus purpureus被公认为一种工业上重要的丝状真菌。长期以来，它被广泛用于红曲米、红曲酒和发酵豆腐等传统发酵食品的生产中[1]。由于其能够合成多种具有生物活性的次级代谢产物，M. purpureus在食品工业中发挥了重要作用，并日益受到天然产物生物制造领域的关注。迄今为止，已证实M. purpureus能够产生一系列功能性代谢物，包括用作天然食品色素的Monascus色素（MPs）、具有降胆固醇活性的洛伐他汀、具有降血压和神经调节作用的γ-氨基丁酸，以及黄酮类化合物和其他抗氧化物质[2]。这些代谢物在食品、制药、营养保健品和生物制造领域具有广阔的应用前景。因此，提高其生物合成效率和发酵产量一直是M. purpureus研究的主要方向。
随着真菌代谢工程和合成生物学的最新进展，研究人员日益认识到M. purpureus中次级代谢物的生物合成不仅依赖于内在的代谢途径，还与真菌形态、生长状态和细胞结构特征密切相关[3]、[4]。在丝状真菌中，菌丝伸长、分支、聚集和菌丝球形成等形态特征直接影响营养物质和氧气的传递、胞内代谢通量分布以及次级代谢物基因簇的表达，从而决定目标产物的产量[5]、[6]。因此，形态代谢工程已成为提高M. purpureus发酵性能和代谢物产量的重要策略。阐明和靶向修饰调控菌丝形态的关键基因，有望协同控制细胞生长和代谢物积累。
在众多调控真菌形态发生和环境适应的因素中，细胞壁是一个至关重要的结构。它不仅作为外部屏障维持细胞形态和机械强度，还作为抵御渗透压波动、环境胁迫和外来有害物质的主要防线。此外，真菌细胞壁深度参与一系列生物学过程，包括极性生长、菌丝延伸、孢子和细胞分裂[7]。在组成方面，真菌细胞壁主要由β-葡聚糖、几丁质以及相关的糖蛋白和多糖复合物组成，其中β-1,3-葡聚糖是最重要的结构成分之一，在维持细胞壁刚性、完整性和细胞形态稳定性方面发挥着核心作用[8]。β-1,3-葡聚糖的生物合成主要由跨膜β-1,3-葡聚糖合酶催化，这一过程受到细胞壁完整性信号通路和多个上游调控因子的严格调控[9]。因此，研究β-1,3-葡聚糖生物合成及其调控网络对于阐明真菌形态发生机制和实现M. purpureus的靶向形态代谢工程具有重要意义。
Smi1又称Knr4，最早在Saccharomyces cerevisiae中被鉴定为一种与细胞壁生物合成和形态维持密切相关的调控因子[10]。虽然Smi1不是β-1,3-葡聚糖合酶的催化亚基，但越来越多的证据表明它在功能上与β-1,3-葡聚糖组装相关联。β-1,3-葡聚糖的沉积不仅依赖于葡聚糖合酶的表达，还取决于其在特定细胞部位的适当转运、定位、稳定性和激活。结构分析表明，Smi1含有显著的本征无序区域，这可能赋予其蛋白质-蛋白质相互作用潜力，并导致其在S. cerevisiae中被推测为细胞壁相关信号网络的组成部分[11]。在裂殖酵母中，Smi1通过调控β-1,3-葡聚糖合酶Bgs4在分裂位点的转运和定位来维持细胞壁完整性[12]。此外，smi1与多个参与形态发生和细胞壁生物发生的基因表现出合成致死性，表明在标准生长条件下smi1对存活力并非必需的[10]；具体来说，在S. cerevisiae中当PKC1–SLT2通路失活时，smi1变得必需，因为在此背景下无法通过过表达任何酵母基因来挽救smi1缺失致死性[13]。综合以上发现表明，smi1在标准生长条件下对S. cerevisiae并非必需的，但在PKC1–SLT2或细胞壁完整性通路丧失时变得必需，表现为一种条件必需基因。此外，先前的研究报告指出，smi1的功能在包括S. cerevisiae、Candida albicans和丝状真菌在内的多种真菌中具有保守性[14]。与此同时，研究人员调查了C. albicans中β-1,3-葡聚糖的推测调控因子，包括SMI1和蛋白激酶C通路的组成部分，并鉴定出SMI1在生物膜基质葡聚糖产生及相关耐药表型发展中的作用[15]。这些来自模式酵母的观察结果表明，Smi1不是通过直接催化葡聚糖合成来影响β-1,3-葡聚糖沉积，而是通过调节葡聚糖合酶的定位和功能状态来发挥作用。因此，研究smi1可以为控制β-1,3-葡聚糖合成和细胞壁组装的调控网络提供机制性见解，超越葡聚糖合酶本身的催化作用。
尽管已有研究表明smi1在模式酵母中调控细胞壁完整性和β-1,3-葡聚糖生物合成，但其在丝状真菌中，特别是在M. purpureus中的功能角色仍主要未被表征。尚不清楚Smi1是否通过调控β-1,3-葡聚糖合酶的表达、定位或活性，从而影响M. purpureus的细胞壁生物合成、菌丝形态发生和次级代谢物积累。因此，我们通过PEG介导的转化方法在M. purpureus中构建了smi1过表达和敲除菌株，系统研究其对β-1,3-葡聚糖生物合成、形态以及MPs和橘霉素生物合成的影响。并通过转录组分析进一步探讨了这些变化背后的潜在调控机制。
章节摘要
菌株与试剂
M. purpureus CSU-M183（M183）（CCTCC编号：M2018224，中国典型培养物保藏中心（CCTCC），中国武汉）、smi1基因过表达菌株命名为M. purpureus oe:smi1，smi1基因敲除菌株命名为M. purpureus ?smi1，作为本研究的实验对象，含有pBARGPE1-Hygro载体的菌株命名为M. purpureus PBA，Escherichia coli DH5α用于质粒构建。所有分析纯试剂，包括无机盐、乙醇和葡萄糖，均
从M. purpureus M183基因组中筛选的目标基因的生物学信息学分析
基于M. purpureus M183的全基因组测序数据，Monascus_1780被注释为smi1基因。为进一步确认该基因编码的遗传信息的准确性及其蛋白产物的功能角色，采用多种计算工具进行了多方面的生物学信息学分析。系统发育分析表明，M. purpureus M183中Monascus_1780编码的蛋白与来自Penicillium属的Smi1蛋白聚为同一进化支，且
结论
在本研究中，评估了smi1敲除和过表达对M. purpureus细胞生长以及MPs和橘霉素生物合成的影响。测定了与β-1,3-葡聚糖合成相关的基因表达水平、β-1,3-葡聚糖合酶活性，以及与细胞完整性相关的指标，包括超微结构形态、核酸和蛋白质泄漏、胞外AKP含量、电导率和几丁质含量。结果表明
CRediT作者贡献声明
李宇莲：撰写–初稿、可视化、方法论。刘青：方法论。邓一鸣：验证。刘俊：撰写–审阅与编辑、项目管理。张蝉：资源、调查。黄志伟：资源、调查。周波：形式分析。梁莹：概念化。林沁露：资源。龚子涵：撰写–审阅与编辑、监督、调查。
生成式人工智能及人工智能辅助技术在写作过程中的声明
在准备本工作期间，作者使用了由OpenAI（美国加利福尼亚州旧金山）提供的CHATGPT-5.6 Terra版本，以部分辅助语言编辑。之后，作者对内容进行了审阅和编辑，并对出版物的内容承担全部责任。
基金资助
本工作由国家重点研发计划（2022YFD2101304）、湖南省自然科学基金（编号：2026JJ50417）、北京工商大学食品风味与健康跨学科开放项目（FFHCI-2025064）、福建省农产品质量安全重点实验室开放项目（编号：FJDF202502）资助。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
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