曲霉生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)基因及分子調(diào)控機(jī)制的研究進(jìn)展

余春芳，王玉臣，譚玉梅，劉永翔，吳文琴＊

（1．湖北醫(yī)藥學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，湖北十堰442000；2．貴州省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽(yáng)550006；3．貴州省生物技術(shù)研究所，貴州貴陽(yáng)550006）

曲霉生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)基因及分子調(diào)控機(jī)制的研究進(jìn)展

余春芳1，王玉臣2，3，譚玉梅2，3，劉永翔2，3，吳文琴1＊

（1．湖北醫(yī)藥學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，湖北十堰442000；2．貴州省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽(yáng)550006；3．貴州省生物技術(shù)研究所，貴州貴陽(yáng)550006）

隨著分子生物學(xué)，基因組學(xué)和生物信息學(xué)等的快速發(fā)展，近年來(lái)模式菌株構(gòu)巢曲霉和其他曲霉生長(zhǎng)發(fā)育的相關(guān)基因及分子機(jī)制研究逐步深入。為曲霉（Aspergillus）生長(zhǎng)發(fā)育分子生物學(xué)研究提供參考，對(duì)曲霉的應(yīng)答環(huán)境條件光、營(yíng)養(yǎng)和滲透壓、參與交配過(guò)程、信號(hào)傳導(dǎo)通路、轉(zhuǎn)錄因子及其他調(diào)節(jié)蛋白、內(nèi)源性生理學(xué)過(guò)程、有性發(fā)育晚期產(chǎn)生子囊孢子過(guò)程等7個(gè)方面生長(zhǎng)發(fā)育的相關(guān)基因及分子機(jī)制的研究進(jìn)行了綜述。

曲霉；生長(zhǎng)發(fā)育基因；基因敲除；基因超表達(dá)

曲霉（Aspergillus）包括構(gòu)巢曲霉、煙曲霉、黃曲霉和寄生曲霉等至少有77個(gè)基因與有性繁殖相關(guān)的基因，許多基因是生長(zhǎng)發(fā)育所必需。這些基因在生長(zhǎng)發(fā)育中參與應(yīng)答適應(yīng)外界環(huán)境后，能激活或者抑制調(diào)控交配過(guò)程，一旦交配和同性配子互相融合，同時(shí)信號(hào)傳輸過(guò)程發(fā)生，伴隨子實(shí)體和減數(shù)分裂組織同步發(fā)育。這些基因參與生長(zhǎng)發(fā)育的階段及重要性根據(jù)菌株是否為同宗配合和異宗配合而不同，且彼此之間有網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系。隨著構(gòu)巢曲霉基因組測(cè)序成功和各種分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，促使其成為研究曲霉生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)基因的模式菌株。近年來(lái)，異宗配合繁殖體系的煙曲霉也逐步開展研究，以用于驗(yàn)證構(gòu)巢曲霉的研究結(jié)果。筆者對(duì)曲霉的應(yīng)答環(huán)境條件光、營(yíng)養(yǎng)和滲透壓，參與交配過(guò)程、參與信號(hào)傳導(dǎo)通路、轉(zhuǎn)錄因子、內(nèi)源性生理學(xué)過(guò)程、影響有性發(fā)育晚期產(chǎn)子囊孢子的一些主要基因及其分子機(jī)制進(jìn)行綜述，以期為了解其他曲霉生長(zhǎng)發(fā)育的分子機(jī)制及影響真菌生長(zhǎng)發(fā)育的基因提供參考。

1應(yīng)答環(huán)境條件基因

1．1與光相關(guān)的基因

在模式真菌構(gòu)巢曲霉中有許多與光相關(guān)的基因，如FphA基因、VeA基因、VelB基因等已得到鑒定。FphA基因是編碼感應(yīng)紅光的光敏色素基因，在紅光和長(zhǎng)紫外／藍(lán)光下，F(xiàn)phA基因敲除突變體會(huì)抑制有性發(fā)育過(guò)程，表明該基因在紅光和長(zhǎng)紫外／藍(lán)光下會(huì)促進(jìn)有性發(fā)育。CryA是編碼感應(yīng)藍(lán)光及長(zhǎng)紫外光的隱花色素基因，在紅光和長(zhǎng)紫外／藍(lán)光存在時(shí)，CryA基因敲除突變體會(huì)抑制有性發(fā)育過(guò)程［1］，表明該基因在紅光和長(zhǎng)紫外／藍(lán)光下促進(jìn)有性發(fā)育。但是編碼鋅指結(jié)構(gòu)域SilA基因敲除突變體在光照下會(huì)誘導(dǎo)閉囊殼形成［2］，說(shuō)明該基因在光照下抑制閉囊殼形成。LreA和LreB基因在黑暗條件下會(huì)促進(jìn)有性孢子產(chǎn)生，在光照下會(huì)抑制有性繁殖，這2個(gè)蛋白與FphA、VeA蛋白聯(lián)合形成1個(gè)核內(nèi)的光調(diào)控復(fù)合體，可以平衡在各種光照和黑暗條件下構(gòu)巢曲霉的無(wú)性及有性發(fā)育。另外，由VeA、VelB、LaeA蛋白及VosA、VipA、VipB、VipC關(guān)聯(lián)蛋白結(jié)合構(gòu)成的蛋白復(fù)合體也在光照和黑暗條件下對(duì)有性發(fā)育調(diào)節(jié)起關(guān)鍵作用。該蛋白復(fù)合體，像天鵝毛狀，在黑暗下能激活有性發(fā)育同時(shí)抑制無(wú)性發(fā)育，但單個(gè)蛋白成分有其獨(dú)特的活性［3］。

VeA基因單獨(dú)功能是構(gòu)巢曲霉光介導(dǎo)有性發(fā)育的正調(diào)節(jié)因子。該基因敲除突變體不會(huì)產(chǎn)生子囊果。同時(shí)VeA的過(guò)量表達(dá)會(huì)使菌絲在液體培養(yǎng)基中產(chǎn)生殼細(xì)胞和閉囊殼［4］。所以構(gòu)巢曲霉VeA基因還是無(wú)性發(fā)育負(fù)調(diào)因子和促進(jìn)菌絲生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程調(diào)節(jié)因子。VeA蛋白質(zhì)對(duì)光線敏感，是由于該蛋白的細(xì)胞核定位過(guò)程具有光效應(yīng)，在黑暗中VeA蛋白主要定位在細(xì)胞核，而在光照下主要定位在細(xì)胞質(zhì)。VeA基因突變，缺失多肽前面的36個(gè)氨基酸殘基，會(huì)導(dǎo)致丟失部分信號(hào)序列而不具有光效應(yīng)［5］。從冠突散囊菌中也成功克隆出VeA基因，但功能未知［6］。在黃曲霉中VeA基因也是有性發(fā)育正調(diào)節(jié)因子［7］。VeA基因的突變基因（VeA1基因）突變體缺乏對(duì)紅光的敏感性，并在黑暗中產(chǎn)無(wú)性孢子增多和產(chǎn)有性孢子減少，同時(shí)形成菌絲的數(shù)目減少［5］，表明該基因?qū)t光不敏感及在黑暗下能促進(jìn)無(wú)性發(fā)育和抑制有性發(fā)育。

VeA蛋白同源VelB蛋白在構(gòu)巢曲霉中也是光介導(dǎo)有性發(fā)育的正調(diào)節(jié)因子。VelB基因敲除突變體在黑暗下不形成閉囊殼，這種缺陷不會(huì)被VeA基因超表達(dá)補(bǔ)救，說(shuō)明這2個(gè)基因的功能不互補(bǔ)。但是VelB基因超表達(dá)不會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生閉囊殼增多，說(shuō)明該基因可能不是關(guān)鍵有性發(fā)育的正調(diào)節(jié)因子。VelB及其結(jié)合的VosA蛋白會(huì)形成異質(zhì)二聚體抑制無(wú)性發(fā)育和調(diào)節(jié)子囊孢子成熟。然而在構(gòu)巢曲霉中VosA基因單獨(dú)功能是孢子形成調(diào)節(jié)因子。VosA基因在有性和無(wú)性孢子的mRNA和蛋白水平中表達(dá)量增加。VosA基因敲除會(huì)導(dǎo)致孢子的海藻糖合成失敗，細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞器和生存能力的孢子缺失，能忍受熱和氧化壓力的分生孢子數(shù)目大量減少。VosA基因缺失能導(dǎo)致無(wú)性發(fā)育不能被激活，表明VosA在孢子形成過(guò)程中起負(fù)反饋調(diào)節(jié)。VosA基因位于成熟分生孢子的核仁且C端含有1個(gè)轉(zhuǎn)錄激活區(qū)域，其可能是轉(zhuǎn)錄因子，主要調(diào)控孢子形成晚期海藻糖生物的合成。VosA基因可以通過(guò)與細(xì)胞核輸入蛋白KapA及VeA基因結(jié)合構(gòu)成蛋白網(wǎng)絡(luò)模型，這個(gè)模型在黑暗中被轉(zhuǎn)送到細(xì)胞核中，同時(shí)與LaeA基因結(jié)合啟動(dòng)有性發(fā)育和改變次級(jí)代謝物［8］。然而甲基轉(zhuǎn)移酶LaeA基因單獨(dú)功能在構(gòu)巢曲霉中是光照調(diào)節(jié)的有性產(chǎn)孢抑制物，該基因的敲除在光照和黑暗條件下都會(huì)提高閉囊殼數(shù)目，但大小比野生型小。在黑暗下LaeA基因超表達(dá)突變菌株會(huì)產(chǎn)雙倍的閉囊殼［8］。因此，推測(cè)構(gòu)巢曲霉LaeA基因可能有雙面生物活動(dòng)即在光照下抑制有性發(fā)育，在黑暗下促進(jìn)有性發(fā)育。然而黃曲霉LaeA基因敲除突變體完全不能產(chǎn)菌核，超表達(dá)菌株在黑暗中會(huì)產(chǎn)比野生型多7倍的數(shù)目菌核［9］，說(shuō)明該基因在黑暗下促進(jìn)黃曲霉的菌核形成。通過(guò)酵母雙雜交證實(shí)還有1個(gè)與VosA基因結(jié)合的VelC蛋白，在構(gòu)巢曲霉有性發(fā)育起正調(diào)控作用；該基因預(yù)測(cè)編碼524個(gè)氨基酸，mRNA在有性發(fā)育的早期階段積累，敲除突變體會(huì)導(dǎo)致分生孢子數(shù)目增多和有性子實(shí)體（閉囊殼）數(shù)目減少，并且VelC基因超表達(dá)會(huì)導(dǎo)致閉囊殼形成增加。VosA基因的下游基因VelC，如果這雙基因敲除突變體導(dǎo)致很少閉囊殼產(chǎn)生，表型與VosA敲除突變體類似，因?yàn)閂elC基因可以在有性子實(shí)體形成階段與VosA基因結(jié)合共同調(diào)控有性發(fā)育［8］。

VeA、VelB、StuA和NsdD基因的表達(dá)量在ImeB基因敲除突變體中增加，說(shuō)明ImeB基因處于這些基因的上游。ImeB基因超表達(dá)會(huì)導(dǎo)致對(duì)光照不依賴而產(chǎn)生大量有性結(jié)構(gòu)［10］，因此該基因在光照下對(duì)有性發(fā)育是正調(diào)控。構(gòu)巢曲霉的蛋白激酶ImeB基因在光照下抑制子囊孢子的減數(shù)分裂發(fā)生，該基因敲除體在光照下會(huì)產(chǎn)比野生型多3倍的子囊孢子，并在深層培養(yǎng)基下形成殼細(xì)胞。

1．2與應(yīng)答營(yíng)養(yǎng)和滲透壓相關(guān)的基因

目前，關(guān)于構(gòu)巢曲霉應(yīng)答營(yíng)養(yǎng)和滲透壓環(huán)境的基因及其調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育分子機(jī)制的研究不多，主要是CpcA、CpcB和EsdC基因等。CpcA、CpcB基因可感應(yīng)含氨基酸濃度條件及調(diào)控有性發(fā)育。c－Jun相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子CpcA在一定的氨基酸濃度條件下雖然有微小閉囊殼和殼細(xì)胞形成，但仍會(huì)抑制有性發(fā)育，Gb亞單元蛋白CpcB在適當(dāng)濃度的氨基酸下會(huì)抑制CpcA基因的表達(dá)，從而使有性發(fā)育恢復(fù)正常［11］。說(shuō)明，在一定的氨基酸濃度條件下，CpcA基因和CpcB基因?qū)τ行园l(fā)育的作用相反，前者是抑制，后者是促進(jìn)。LsdA基因參與對(duì)營(yíng)養(yǎng)的感應(yīng)，并且在高鹽濃度條件下能抑制有性發(fā)育［12］。ImeB基因可能在低濃度的葡萄糖條件下對(duì)產(chǎn)無(wú)性孢子起抑制作用［9］。編碼周期蛋白依賴性激酶PhoA基因在低磷條件下會(huì)抑制有性繁殖［13］，編碼細(xì)胞周期蛋白An－pho80基因在低磷條件下促進(jìn)有性繁殖［14］，兩者基因功能相反。

構(gòu)巢曲霉編碼含糖原結(jié)合域的蛋白EsdC基因根據(jù)營(yíng)養(yǎng)和代謝狀態(tài)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程。EsdC基因超表達(dá)菌株在有利于有性發(fā)育條件下無(wú)任何表型變化，但該基因敲除突變體會(huì)完全喪失閉囊殼形成的能力［15］，EsdC基因在ΔflbA和ΔfadAG42R突變體中只能少量表達(dá)甚至不表達(dá)［16］。EsdC在VeA 和NsdD基因敲除突變體中表達(dá)量都很低。表明，VeA和NsdD基因?qū)sdC基因的表達(dá)是正調(diào)控，EsdC基因是有性孢子形成所必需，且與其他基因一起構(gòu)成調(diào)控網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)絲狀真菌的有性發(fā)育過(guò)程。冠突散囊菌中也被證實(shí)EsdC基因參與有性發(fā)育的調(diào)控［17］。構(gòu)巢曲霉的黃素血紅蛋白FhbA、FhbB參與對(duì)降低NO濃度及NO解毒作用的調(diào)控途徑［3］。

2參與交配過(guò)程的基因

在絲狀子囊菌的物種（子囊菌亞門）中，MAT基因在異宗配合過(guò)程中起關(guān)鍵作用，同時(shí)對(duì)異宗配合和同宗配合物種的有性發(fā)育也有重要作用。MAT系列基因可從許多有性、無(wú)性繁殖的曲霉中克隆獲得，最先是在同宗配合的構(gòu)巢曲霉中發(fā)現(xiàn)。根據(jù)MAT基因的標(biāo)準(zhǔn)命名法及基于其存在于不同的基因座位上，被命名為MAT1和MAT2；敲除其中1個(gè)基因都會(huì)導(dǎo)致閉囊殼數(shù)量顯著減少，閉囊殼萎縮并且不育（囊里無(wú)任何子囊孢子）。MAT1和MAT2超表達(dá)會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)停滯，及不利于有性增殖條件下的閉囊殼發(fā)育，表明MAT基因在有性發(fā)育中起關(guān)鍵作用［18］。MAT1和MAT2敲除突變菌株能互相進(jìn)行異型雜交，可將同宗結(jié)合菌種轉(zhuǎn)換為異宗結(jié)合菌種。MAT2突變菌株偶爾表現(xiàn)出殼細(xì)胞多產(chǎn)的現(xiàn)象。MAT2（matA）相鄰的非編碼RNA區(qū)域命名為jgaA，該區(qū)域的表達(dá)被MAT2 （matA）調(diào)控，敲除會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)閉囊殼較野生型減少42%。表明，分開的MAT基因?qū)?gòu)巢曲霉的有性發(fā)育、子實(shí)體形成、減數(shù)分裂都有調(diào)控作用［19］。然而在黃曲霉中，△MAT1－1和△MAT1－2菌株不能形成子實(shí)體［20］，說(shuō)明黃曲霉分開的MAT基因?qū)ψ訉?shí)體形成起關(guān)鍵作用。

構(gòu)巢曲霉信息素基因在參與交配過(guò)程對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育的影響也有研究，如敲除信息素前體PpgA基因受體PreA和PreB其中1個(gè)基因會(huì)導(dǎo)致所產(chǎn)生閉囊殼數(shù)目少且形態(tài)微小，2個(gè)基因全部敲除會(huì)導(dǎo)致完全不育［21］，說(shuō)明這2個(gè)基因是正常有性繁殖所必需。信息素前體PpgA和受體PreA、PreB基因在固體培養(yǎng)基培養(yǎng)的煙曲霉中也有表達(dá)，但功能仍未知。

3參與信號(hào)傳導(dǎo)通路的基因

在有性生殖過(guò)程中G蛋白至關(guān)重要。異源三聚體G蛋白由α、β和λ3個(gè)亞基（編碼這3個(gè)亞基的基因分別是fadA、sfaD和gpgA）組成，敲除其中1個(gè)基因會(huì)導(dǎo)致構(gòu)巢曲霉的閉囊殼不能形成［22］，運(yùn)用分析基因組學(xué)發(fā)現(xiàn)，MAP激酶級(jí)聯(lián)途徑是處于G蛋白βγ亞單位介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的下游［23］，由一系列連貫活性激酶STE20（MAPKKKK）、STEC （MAPKKK）、STE7（MAPKK）和MpkB（MAPK）組成，這些蛋白最終通過(guò)激活SteA蛋白促進(jìn)構(gòu)巢曲霉有性繁殖的發(fā)生，刪除該通路中任何1個(gè)基因，菌體雖然有殼細(xì)胞產(chǎn)生但會(huì)導(dǎo)致不能形成閉囊殼及產(chǎn)囊菌絲。整個(gè)MAP串聯(lián)激酶對(duì)有性發(fā)育處于SteA蛋白上調(diào)作用［24］。構(gòu)巢曲霉的MAP激酶SakA基因作為感應(yīng)環(huán)境滲透壓力、氧化壓力轉(zhuǎn)導(dǎo)通道的一部分，SakA突變體只經(jīng)歷早熟的有性發(fā)育［25］。

構(gòu)巢曲霉G蛋白信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)控子FlbA蛋白能促進(jìn)GTP酶的活性，F(xiàn)lbA基因突變體在有利于有性發(fā)育條件下也不能形成任何閉囊殼或殼細(xì)胞［26］，是閉囊殼和殼細(xì)胞發(fā)育所必需的基因。在冠突散囊菌中FlbA基因被成功克?。?7］，推測(cè)參與有性發(fā)育調(diào)控［28］。類光傳感因子蛋白PhnA是構(gòu)巢曲霉G蛋白βγ亞單位介導(dǎo)的信號(hào)正確轉(zhuǎn)導(dǎo)所必需的基因，可能作為分子伴侶。PhnA基因敲除會(huì)使有性發(fā)育受阻，但NsdD基因表達(dá)量沒(méi)有變化，表明NsdD基因處于該基因上游或者不同分支［29］。

Han K H等［30］發(fā)現(xiàn)，構(gòu)巢曲霉1個(gè)新的G蛋白偶聯(lián)受體編碼基因GprD，敲除該基因會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)限制、形成無(wú)性孢子延滯和有性發(fā)育不受調(diào)控的激活；突變體在培養(yǎng)基中形成覆蓋有閉囊殼的小菌落，并且促使NsdD基因的表達(dá)量顯著提升，表明GprD基因的信息調(diào)節(jié)通路對(duì)有性發(fā)育起負(fù)調(diào)控作用。GprD處于GprA／GprB（PreB／PreA）信號(hào)通路上游，最終受體GprK是閉囊殼成熟所必需。GprK敲除突變體表現(xiàn)殼細(xì)胞積累，但是進(jìn)一步形成閉囊殼受阻，表明GprK基因轉(zhuǎn)錄物在有性發(fā)育中高度表達(dá)。構(gòu)巢曲霉中與G蛋白活性有關(guān)的類似Gb的RACK1同源蛋白命名為GibB，類似于新生隱球菌Gib2基因。GibB被捆綁在Gpa1基因上，像Gb類似蛋白使Gpa1基因穩(wěn)定，從而調(diào)節(jié)cAMP信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。GibB敲除突變體在培養(yǎng)基中形成小菌落且產(chǎn)無(wú)色異常形態(tài)的閉囊殼，表明GibB對(duì)構(gòu)巢曲霉的有性發(fā)育起重要作用。構(gòu)巢曲霉動(dòng)物蛋白R(shí)IC－8的同族體在缺乏蛋白偶聯(lián)受體下對(duì)GDP與GTP的交換很關(guān)鍵。RicA基因敲除突變體即使在有利于有性發(fā)育條件下形成菌絲受到限制和產(chǎn)有性結(jié)構(gòu)失敗，表明RicA基因是構(gòu)巢曲霉有性發(fā)育所必需［31］。

4編碼轉(zhuǎn)錄因子及其他調(diào)節(jié)蛋白的基因

目前，對(duì)構(gòu)巢曲霉有性發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子研究主要集中在Flb、NsdD和FlbC等基因?！鱂lbE突變體產(chǎn)閉囊殼及殼細(xì)胞的細(xì)胞數(shù)量顯著增加［32］，對(duì)有性繁殖也是關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。NsdC基因含1個(gè)C2H2基序的鋅指DNA結(jié)合蛋白，該敲除體會(huì)導(dǎo)致構(gòu)巢曲霉完全不能產(chǎn)生子實(shí)體及殼細(xì)胞，表明該基因是有性發(fā)育的陽(yáng)性調(diào)控子［33］。構(gòu)巢曲霉的ΔNsdD突變體即使在有利于有性發(fā)育條件下也不能形成閉囊殼或殼細(xì)胞。當(dāng)用niiA啟動(dòng)子過(guò)表達(dá)NsdD基因時(shí)，即使在液體培養(yǎng)（不利于有性發(fā)育）條件下也能產(chǎn)生大量殼細(xì)胞，在固體培養(yǎng)基上閉囊殼的數(shù)量也明顯增加，說(shuō)明NsdD基因是有性發(fā)育必需的轉(zhuǎn)錄因子［34］。在冠突散囊菌中NsdD基因被克隆成功［35］，通過(guò)Augustus軟件、ExPASy網(wǎng)站中的生物信息分析等工具推測(cè)與有性發(fā)育有關(guān)［28］。構(gòu)巢曲霉鋅指結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄因子FlbC是無(wú)性產(chǎn)孢所必需的基因，該基因突變株產(chǎn)生閉囊殼及殼細(xì)胞的數(shù)目顯著增加，表明該基因是產(chǎn)有性孢子的抑制子［36］。米曲霉BHLH轉(zhuǎn)錄因子SclR是菌核調(diào)節(jié)子，敲除該基因有稀少菌核產(chǎn)生，同時(shí)超表達(dá)產(chǎn)生比野生型多5倍的菌核并伴隨有分枝的氣生菌絲產(chǎn)生［37］。

構(gòu)巢曲霉生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)節(jié)蛋白，如編碼含bHLH區(qū)域的APSES結(jié)構(gòu)域蛋白StuA和MedA是影響無(wú)性發(fā)育的基因，這2個(gè)基因敲除突變體不能夠產(chǎn)生閉囊殼及子囊孢子［35］，說(shuō)明對(duì)有性發(fā)育也有影響。bHLH蛋白的DevR基因在調(diào)控?zé)o性發(fā)育中起重要作用，然而DevR突變體菌株完全不能產(chǎn)生殼細(xì)胞及閉囊殼，說(shuō)明DevR基因也有調(diào)控有性發(fā)育的作用［36］。構(gòu)巢曲霉WD40家族蛋白R(shí)coA基因?qū)o(wú)性及有性繁殖所必需［39］。寄生曲霉鋅指磷酸酶應(yīng)答基因CrzA敲除會(huì)產(chǎn)生不成熟的菌核［40］，也是菌核調(diào)節(jié)子。

多蛋白COP9的信號(hào)小體復(fù)合體在真核生物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程也起關(guān)鍵作用［41］，如構(gòu)巢曲霉多蛋白COP9的信號(hào)小體復(fù)合體。該復(fù)合體由8個(gè)亞基復(fù)合體組成，目前許多研究主要集中在CsnD和CsnE亞基。CsnD基因敲除突變體雖然有正常的殼細(xì)胞形成，但生長(zhǎng)發(fā)育受阻在有性發(fā)育的初始階段，因此CsnD基因是正常有性發(fā)育所必需。CsnE基因敲除突變體的特征是生長(zhǎng)發(fā)育受阻在有性發(fā)育的初始階段，表明CSN活性是有性發(fā)育所必需。通過(guò)UV誘變獲得不育無(wú)孢子型的AcoB202突變體，后期鑒定AcoB基因突變體不能進(jìn)行有性繁殖，后來(lái)發(fā)現(xiàn)這個(gè)基因是CSN的一部分，命名為CsnG［43］，是有性發(fā)育所必需。CsnA和CsnB基因敲除導(dǎo)致生長(zhǎng)發(fā)育阻礙在原基階段。CandA－N、CandA－C基因分別編碼CandA的N端和C端，這2個(gè)基因敲除會(huì)導(dǎo)致早期有性發(fā)育受阻（即使有殼細(xì)胞形成），表明CandA和CSN功能間有密切關(guān)系［44］。

5參與內(nèi)源性生理學(xué)過(guò)程的基因

近10年來(lái)，許多參與內(nèi)源性生理學(xué)過(guò)程，如氧脂素生物合成、NADPH氧化酶、細(xì)胞氧化還原狀態(tài)等相關(guān)基因已被鑒定。如構(gòu)巢曲霉3個(gè)氧脂素生物合成基因PpoA、PpoB和PpoC編碼亞油酸鹽二醇合酶。PpoA基因敲除會(huì)導(dǎo)致子囊孢子數(shù)目減少和無(wú)性孢子數(shù)目增多，而超表達(dá)會(huì)導(dǎo)致有性繁殖增多［45］。PpoB基因敲除導(dǎo)致產(chǎn)閉囊殼減少，相反PpoC基因敲除導(dǎo)致產(chǎn)閉囊殼增多，所以PpoB是有性發(fā)育負(fù)調(diào)控基因，PpoC是正調(diào)控基因，表明PpoB和PpoC的基因功能相反及PpoA、PpoB和PpoC基因間有調(diào)節(jié)回路。這3個(gè)基因敲除能加強(qiáng)激活有性發(fā)育，并伴有殼細(xì)胞產(chǎn)生甚至在液體培養(yǎng)基產(chǎn)生閉囊殼［46］。Ppo基因的功能在黃曲霉和煙曲霉中也有研究，黃曲霉PpoC基因?qū)水a(chǎn)生有抑制作用，然而PpoD基因促進(jìn)菌核產(chǎn)生；在煙曲霉中，PpoC基因敲除導(dǎo)致分生孢子特性明顯發(fā)生改變，如分生孢子的大小、發(fā)芽率和對(duì)環(huán)境壓力的忍耐力［47］。

編碼NADPH氧化酶NoxA基因敲除能產(chǎn)活性氧，從而導(dǎo)致發(fā)育阻礙在閉囊殼形成的初始階段（即使有殼細(xì)胞產(chǎn)生）［48］。在早期有性發(fā)育形態(tài)發(fā)生中，NoxA基因有助于超級(jí)氧化劑狀態(tài)引發(fā)細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壁的發(fā)育變化，說(shuō)明該基因?qū)﹂]囊殼形成及細(xì)胞生長(zhǎng)起關(guān)鍵作用。在構(gòu)巢曲霉中，TrxA和TrxR蛋白組成形成細(xì)胞質(zhì)的硫氧還蛋白系統(tǒng)，TrxA基因敲除導(dǎo)致形成有性發(fā)育結(jié)構(gòu)失敗［49］，對(duì)有性繁殖起正調(diào)控。

構(gòu)巢曲霉的細(xì)胞氧化還原狀態(tài)有關(guān)SidC基因編碼非核糖體多肽合成酶，該基因敲除會(huì)導(dǎo)致在含飽和鐵溶液培養(yǎng)基條件下抑制有性和無(wú)性發(fā)育，即使有殼細(xì)胞產(chǎn)生但子囊殼形成失?。?0］，說(shuō)明該基因在含飽和鐵溶液培養(yǎng)基條件下會(huì)促進(jìn)有性和無(wú)性發(fā)育。NrdA蛋白對(duì)維持細(xì)胞的氧化狀態(tài)起重要作用，對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育影響在不同的曲霉中作用不同。構(gòu)巢曲霉NrdA基因敲除會(huì)導(dǎo)致閉囊殼大量產(chǎn)生，黃曲霉和寄生曲霉NrdA基因?qū)е虏荒苄纬删?，說(shuō)明在構(gòu)巢曲霉中影響閉囊殼形成，在黃曲霉和寄生曲霉影響菌核形成。

6有性發(fā)育晚期子囊孢子形成的基因

在構(gòu)巢曲霉中，有些基因是有性發(fā)育后期子囊孢子形成所必需。尤其是產(chǎn)子囊孢子相關(guān)的基因構(gòu)巢曲霉編碼F－box蛋白的GrrA基因突變體能夠產(chǎn)生閉囊殼及殼細(xì)胞，但不能產(chǎn)生子囊孢子［51］。編碼核定位相關(guān)的鋅指蛋白SanB基因突變會(huì)導(dǎo)致不能形成可見的子囊孢子。VosA是子囊孢子中海藻糖產(chǎn)生所必需的基因，△VosA菌株產(chǎn)生的閉囊殼很小，并且閉囊殼內(nèi)含有少量可見且半透明的子囊孢子［52］。構(gòu)巢曲霉紋蛋白的同源物StrA蛋白具有多個(gè)結(jié)構(gòu)域支架蛋白，可能參與內(nèi)膜系統(tǒng)中的鈣信號(hào)傳導(dǎo)。構(gòu)巢曲霉的StrA基因敲除會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生異常小閉囊殼，如子囊發(fā)育失敗、子囊孢子從子囊釋放失敗及產(chǎn)畸形的子囊孢子。StrA基因的超表達(dá)菌株產(chǎn)閉囊殼的數(shù)目是野生型的2倍，在高滲條件下形成閉囊殼的數(shù)目增加，即使在搖振的液體培養(yǎng)基中也能形成殼細(xì)胞［53］。總之，GrrA、VosA和StrA基因在構(gòu)巢曲霉有性發(fā)育晚期子囊孢子形成中都起關(guān)鍵作用。

7小結(jié)

到目前為止，通過(guò)經(jīng)典研究曲霉的遺傳方法鑒定了許多突變體，有的無(wú)閉囊殼形成，有的形成密集閉囊殼。構(gòu)巢曲霉通過(guò)紫外線誘導(dǎo)產(chǎn)生突變體，有的子囊孢子發(fā)育有缺陷，有的發(fā)育阻礙在核配合或減數(shù)分裂，有的在細(xì)胞分裂中期形成無(wú)邊緣無(wú)色或藍(lán)色子囊孢子，需要進(jìn)一步研究生長(zhǎng)發(fā)育的分子生物學(xué)機(jī)制。隨著新基因組技術(shù)，如表達(dá)序列標(biāo)簽技術(shù)（EST）、微陣列分析、整個(gè)轉(zhuǎn)錄組鳥槍法測(cè)序等發(fā)展，通過(guò)NCBI的BLAST可以搜索到構(gòu)巢曲霉至少有100個(gè)基因參與核配合和減數(shù)分裂過(guò)程，根據(jù)互補(bǔ)堿基分析，估計(jì)有50～100個(gè)基因參與子囊孢子的形成，有助于鑒定生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)基因及其調(diào)控途徑。目前，即使許多基因在染色體上的位置已知，并且許多生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)的基因已被深入研究，但是許多停留在單個(gè)基因功能方面，對(duì)于彼此之間形成網(wǎng)絡(luò)共同調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育分子機(jī)制的研究很少，今后有待逐步研究完善，為更好利用曲霉作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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（責(zé)任編輯：馮 衛(wèi)）

Research Progress of Molecular Regulation Mechansim and Genes Related to Growth and Development of Aspergillus

YU Chunfang1，WANG Yuchen2，3，TAN Yumei2，3，LIU Yongxiang2，3，WU Wenqin1＊
（1．Faculty of Basic Medical Sciences，Hubei University of Medicine，Shiyan，Hubei 442000；2．Guizhou Key Laboratory for Agricultural Biotechnology，Guiyang，Guizhou550006；3．Guizhou Institute of Biotechnology，Guiyang，Guizhou550006，China）

With the rapid development of molecular biology，genomics and bioinformatics，the researches on related genes and molecular mechanism research of the growth and development of the model organism Aspergillus nidulans and other Aspergillus were deepening gradually．In order to provide references for molecular biology study of the growth and development of Aspergillus，the seven aspects of the related genes and molecular mechanism of the main research results involving perception of environmental signals－light，perception of environmental signals－nutrition and osmotic pressure，mating processes，signal transduction，transcription factors and other regulatory proteins，endogenous physiological processes，ascospore production and maturation were reviewed in the paper．

Aspergillus；genes involved with growth and development；gene knockout；gene overexpression

Q933

A

1001－3601（2016）11－0471－0091－07

2016－07－22；2016－11－05修回

湖北醫(yī)藥學(xué)院校基金項(xiàng)目“南水北調(diào)水源區(qū)環(huán)境與健康研究”（FDFR201602），“冠突散囊菌產(chǎn)孢相關(guān)lsdA基因的研究”（2014QDJZR15）

余春芳（1988－），女，助教，碩士，從事真菌基因功能研究。E－mail：62335855＠qq．com

＊通訊作者：吳文琴。E－mail：568660123＠qq．com