近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)沈其榮院士團(tuán)隊(duì)在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊PNAS發(fā)表了題為“Light controls gene functions through alternative splicing in fungi”的研究論文。該研究首次揭示了光信號(hào)通過(guò)可變剪接調(diào)控真菌基因功能的分子機(jī)制。

絲狀真菌木霉（Trichoderma）在促進(jìn)植物生長(zhǎng)，防控土傳病害等方面效果顯著，已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。提高木霉菌產(chǎn)孢效率和抗逆性，是降低菌種生產(chǎn)成本，進(jìn)一步支撐和促進(jìn)木霉菌推廣和應(yīng)用的重要途徑。

真菌能夠感知和響應(yīng)生長(zhǎng)環(huán)境的變化，光照作為最重要的環(huán)境信號(hào)之一，可通過(guò)基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控影響真菌的生理和形態(tài)發(fā)育過(guò)程。可變剪接（Alternative splicing）是真核生物基因轉(zhuǎn)錄和翻譯之間的關(guān)鍵步驟，是轉(zhuǎn)錄后重要的基因表達(dá)調(diào)控方式。已有研究表明，可變剪接在調(diào)控真菌生長(zhǎng)發(fā)育等多種生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，光照等環(huán)境信號(hào)對(duì)真菌可變剪接的影響及調(diào)控機(jī)制仍未知。

該研究發(fā)現(xiàn)，光照可通過(guò)光受體和MAPK HOG（Sak）信號(hào)通路調(diào)控木霉菌（T. guizhouense NJAU4742）等絲狀真菌的可變剪接。特別在木霉菌中，藍(lán)光能夠通過(guò)藍(lán)光受體BLR1介導(dǎo)的可變剪接調(diào)控抗氧化劑麥角硫因的生物合成以及無(wú)性分生孢子的生成。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光激活木霉菌MAPK HOG信號(hào)通路后，能促進(jìn)絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶SRK1的表達(dá)和磷酸化。磷酸化的SRK1從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，并與下游關(guān)鍵剪接因子SRP1相互作用，從而調(diào)控可變剪接的效率（圖1）。此外，SRK1與SRP1對(duì)藍(lán)光誘導(dǎo)的產(chǎn)孢過(guò)程也至關(guān)重要。

圖1   光信號(hào)調(diào)控木霉菌可變剪接的分子機(jī)制模式圖

沈其榮院士團(tuán)隊(duì)此前系統(tǒng)解析了光照在基因轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控木霉菌產(chǎn)孢效率和抗逆性的分子機(jī)制，在Environmental Microbiology（2021），Journal of Fungi（2022），mLife（2023）和PLoS Genetics（2024）等國(guó)際學(xué)術(shù)期刊上取得了系列研究進(jìn)展。此次研究成果不僅闡述了真菌響應(yīng)光信號(hào)過(guò)程中可變剪接的生物學(xué)功能，還首次完整揭示了真菌從外界光信號(hào)感應(yīng)到可變剪接調(diào)控的完整信號(hào)通路，為理解真菌對(duì)環(huán)境信號(hào)的響應(yīng)機(jī)制提供了新視角。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)沈其榮院士、于振中教授和德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院Reinhard Fischer教授為論文共同通訊作者，青年研究員李逸凡博士為論文第一作者。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金、國(guó)家資助博士后研究人員計(jì)劃和江蘇省卓越博士后計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。