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微生物所王琳淇课题组在Nature Microbiology报道重要人类病原真菌有性生殖的关键信号分子

编译者:hujm发布时间:May 25, 2018点击量:1192 来源栏目:成员单位动态

中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室王琳淇课题组在《自然?微生物学》(Nature Microbiology)以长文(Article)的形式发表了题为“Cryptococcus neoformans sexual reproduction is controlled by a quorum sensing peptide”的研究成果。该研究报道了第一例细胞密度感应信号(quorum sensing signal,也称为群感效应信号)依赖的真核有性生殖,揭示了细胞密度感应因子Qsp1作为关键胞外信号分子激发重要人类病原真菌新生隐球菌(年死亡人数超过20万,致死率20%-70%)的有性生殖和减数分裂过程。

有性生殖是包括真菌在内的真核生命特有的基础繁殖方式。真菌作为遗传操作便利的优秀研究材料广泛的被应用于探索有性生殖在环境适应、物种进化以及感染疾病中所扮演的功能角色,其中人类病原真菌新生隐球菌是研究真菌有性生殖的模式菌之一。该病原菌具有两种交配型(α 和a),可通过α-a 异性生殖和α同性生殖两种模式进行有性生殖。自然界中超过99%的菌株为α交配型,故α同性生殖被认为是新生隐球菌的主要有性生殖方式。

越来越多的研究表明, α同性生殖作为重要的适应性行为维系了新生隐球菌及其姊妹种格特隐球菌在宿主侵染方面的短期适应优势和长期种系优势:一是α同性生殖的产物同性孢子可作为重要的感染繁殖体参与早期宿主肺脏定植; 二是α同性生殖作为隐球菌关键的进化动力通过创建遗传物质和核型多样化,推动了生态位扩展及毒力进化,并造成过北美严重的爆发性感染。

王琳淇课题组的研究发现,与大多数真菌有性生殖不同,隐球菌α同性生殖的启动并不需要性信息素信号(经典真菌“性激素分子”)的激活但高度受控于细胞密度。当细胞密度升高时,细胞密度感应分子Qsp1在胞外大量积累,高浓度的Qsp1分子诱导α同性生殖的发生并随后启动减数分裂过程,最终导致高感染性同性孢子的产生。

研究人员还发现,Qsp1对隐球菌同性生殖过程的激活需要一个细胞密度响应蛋白Cqs2的参与,通过结构建模结合染色质免疫共沉淀技术,证实Cqs2通过一个未报道的DNA结合结构域,参与调控了细胞密度驱动的同性生殖的激活。

有性生殖是一种古老的真核繁殖方式,其化石证据可追溯到12亿年前狭带纪,被认为起源于单细胞真核微生物祖先。近期杜克大学Joseph Heitman实验室发现,隐球菌α同性生殖保持了早期真核祖先有性生殖的重要性征(不依赖于细胞融合而是借助细胞周期调控提高染色体倍性),代表了古老的有性生殖方式。因此,这项研究暗示了细胞密度依赖的群感调控可能作为一种古老的胞外调控方式在真核生物祖先的有性生殖过程中扮演了重要的角色。

王琳淇研究员的研究得到了中科院前沿科学重点研究计划项目、国家自然科学基金委“优秀青年科学基金”、面上项目、中组部“青年~”、国家科技重大专项等基金的支持。微生物所田秀云博士,助理研究员何光军和博士生胡鹏杰为共同第一作者。北京大学医学部杨恩策课题组利用差异表达特征分析和AIM-sequencing技术协助确定了新生隐球菌Qsp1信号转导通路的关键组分Cqs2。微生物所吴边课题组在Cqs2蛋白结构建模方面给予了重要帮助。佐治亚大学林晓蓉教授以及微生物所白逢彦课题组为该研究提供了菌种和材料的支持并给予了宝贵的建议。

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