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環境壓力驅動病原真菌的同性生殖——黃廣華研究組在念珠菌有性生殖研究方面取得重要進展

作者: 發布時間:2019.03.14 文章來源:

   有性生殖是生命進化的主要推動力,是真核生物遺傳變異和多樣性產生的加速器。有性生殖有利于剔除有害遺傳突變,積累有利變異,從而促進物種環境適應能力的提升和長期進化優勢的保持。白色念珠菌是一種重要的人體病原真菌,臨床菌株具有很高的多樣性和致病性。全世界每年由念珠菌引起的陰道炎和鵝口瘡等淺部感染病例達到9000萬以上;而念珠菌引起的深部器官和血液感染每年導致40萬以上的人死亡,血液感染致死率高達40% 

  有性生殖是念珠菌致病性和耐藥性形成的重要途徑。白色念珠菌通常以二倍體形式存在,自然界中有a“alpha”兩種交配型。實驗室條件下,二倍體a細胞與alpha細胞交配后形成四倍體的a/alpha雜合型細胞。如同其他酵母菌一樣,白色念珠菌通常以單克隆群落形式生存于自然界,不同遺傳背景的a細胞和alpha細胞很少有機會共存于同一個小環境。這種物理距離上的屏障極大地限制了aalpha細胞間的異性交配。因此,自然界中白色念珠菌是否能進行交配和如何進行交配,是長期困擾該領域的一個問題。 

  最近,中科院微生物所黃廣華課題組在國際著名期刊《PLOS Biology》上發表了題為“Environment-induced same-sex mating in the yeast Candida albicans through the Hsf1–Hsp90 pathway”的研究成果。該研究發現營養饑餓和氧化壓力條件下,白色念珠菌可以進行高效率的同性生殖。也就是說,單克隆群落內部來源于同一個母細胞的a細胞可以與鄰近的姊妹細胞進行同性交配(a x a)。這種交配方式越過了尋找異性細胞的障礙,極大地提升了念珠菌在自然界中進行有性生殖的潛能。而營養饑餓和超氧化合物正是念珠菌共生和侵染宿主過程中經常面臨的環境壓力,比如念珠菌定植的人體口腔和腸道中葡萄糖等營養成分的含量通常非常低,為念珠菌同性交配創造了合適的環境條件。進一步研究發現,在營養饑餓條件下白色念珠菌產生大量的活性氧ROS,活性氧積累引起細胞內蛋白質等大分子的錯誤折疊,從而導致Hsf1-Hsp90介導的壓力應答途徑超負荷運行。該信號途徑調控下游轉錄因子Cta4Cwt1,通過激活a細胞交配的主控因子MTLa2以及信息素編碼基因MFalpha表達,從而促進同性交配。 

  這是國際上首次證實環境壓力驅動念珠菌同性生殖的現象,其分子機制完全不同于釀酒酵母交配型轉換介導的同宗交配調控機制。釀酒酵母的交配型轉換和同宗交配依賴于核酸內切酶HO,而念珠菌的基因組中不存在HO基因。交配的環境因子驅動機制說明,同性交配是自然界中念珠菌進行的一種主要有性生殖方式。這項研究為念珠菌遺傳和表型多樣性的形成提供了新的解釋,也將為真核生物的有性生殖研究提供一個新的范本。 

  該研究得到了國家自然科學基金杰出青年科學基金國家重大研究計劃等項目的支持。中科院微生物所助理研究員管國波和復旦大學青年研究員陶麗博士為文章共同第一作者,黃廣華研究員為通訊作者。 

  文章鏈接: 

   “Environment-induced same-sex mating in the yeast Candida albicans through the Hsf1–Hsp90 pathway.  PLoS Biol 17(3): e2006966”. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2006966 

. 環境壓力誘導念珠菌通過信息素的自分泌(A)和旁分泌(B)途徑促進同性交配

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