近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)沈其榮院士團(tuán)隊在國際權(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通過可變剪接調(diào)控真菌基因功能的分子機制。

絲狀真菌木霉（Trichoderma）在促進(jìn)植物生長，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)生長環(huán)境的變化，光照作為最重要的環(huán)境信號之一，可通過基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控影響真菌的生理和形態(tài)發(fā)育過程。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)控真菌生長發(fā)育等多種生物學(xué)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，光照等環(huán)境信號對真菌可變剪接的影響及調(diào)控機制仍未知。

該研究發(fā)現(xiàn)，光照可通過光受體和MAPK HOG（Sak）信號通路調(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對藍(lán)光誘導(dǎo)的產(chǎn)孢過程也至關(guān)重要。

圖1   光信號調(diào)控木霉菌可變剪接的分子機制模式圖

沈其榮院士團(tuán)隊此前系統(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制，在Environmental Microbiology（2021），Journal of Fungi（2022），mLife（2023）和PLoS Genetics（2024）等國際學(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)光信號過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感應(yīng)到可變剪接調(diào)控的完整信號通路，為理解真菌對環(huán)境信號的響應(yīng)機制提供了新視角。

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。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、國家資助博士后研究人員計劃和江蘇省卓越博士后計劃等項目的資助。