A MYST Histone Acetyltransferase Modulates Conidia Development and Secondary Metabolism in Pestalotiopsis microspora, a Taxol Producer
- 作者
- Qian Zhang, Oren Akhberdi, Dongsheng Wei, Longfei Chen, Heng Liu, Dan Wang, Xiaoran Hao, Xudong Zhu
- 杂志
- Scientific Reports（2018）
- DOI
- 10.1038/s41598-018-25983-8
- 所属领域
- 微生物学 / 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
阐明MYST家族组蛋白乙酰转移酶Mst2p在产紫杉醇真菌Pestalotiopsis microspora NK17中调控分生孢子发育和次级代谢的分子机制。
研究策略
通过同源重组敲除mst2基因、构建互补菌株和过表达菌株，结合表型表征（孢子产量、形态、萌发、细胞壁完整性）、HPLC次级代谢谱分析、qRT-PCR检测孢子形成相关基因和黑色素合成基因表达等，研究Mst2p的功能。
核心内容
该研究以产紫杉醇的丝状真菌Pestalotiopsis microspora NK17为对象，通过同源重组敲除、互补和过表达策略，系统探究了MYST家族组蛋白乙酰转移酶Mst2p的功能。结果显示，mst2缺失使分生孢子产量从野生型的5.61×10⁶个/平板骤降至1.13×10⁶个/平板，且突变体对刚果红和山梨醇高度敏感，提示细胞壁完整性受损。HPLC分析发现Δmst2次级代谢产物大幅减少，其中Pestalotiollide B产量降低约7倍；qRT-PCR证实孢子形成相关基因（abaP、stuP、medP、wetP）和黑色素合成基因pks1均显著下调。值得注意的是，过表达mst2虽使产孢提前至少10小时、孢子产量增加约27.45%，却使PB产量降低约60%，提示Mst2p对产孢和次级代谢具有双重调控作用。该工作首次在P. microspora中阐明MYST家族HAT的功能，表明Mst2p正常表达水平对次级代谢至关重要，其可能通过参与G蛋白介导的信号通路交叉调控真菌发育与代谢，为产紫杉醇菌株的代谢工程改造提供了表观遗传层面的新靶点。
创新点
首次在丝状真菌Pestalotiopsis microspora中系统表征MYST家族HAT Mst2p的功能；发现mst2缺失导致分生孢子发育严重受阻、细胞壁完整性受损和次级代谢产物大幅减少；过表达mst2促进产孢但意外抑制次级代谢，揭示其双重调控作用。
研究对象（8）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Pestalotiopsis microspora NK17 | 组蛋白乙酰化/染色质调控 | mst2 | Mst2p | 催化 | MYST家族组蛋白乙酰转移酶，调控发育和次级代谢 |
| Pestalotiopsis microspora NK17 | 黑色素生物合成 | pks1 | Pks1p | 催化 | 聚酮合酶，负责黑色素合成，受Mst2p正调控 |
| Pestalotiopsis microspora NK17 | 分生孢子发育调控 | abaP | AbaP | 调控 | Aspergillus nidulans abaA同源基因，Mst2p调控其表达 |
| Pestalotiopsis microspora NK17 | 分生孢子发育调控 | stuP | StuP | 调控 | Aspergillus nidulans stuA同源基因，参与分生孢子形态建成 |
| Pestalotiopsis microspora NK17 | 分生孢子发育调控 | medP | MedP | 调控 | Aspergillus nidulans medA同源基因，调控分生孢子梗空间模式 |
| Pestalotiopsis microspora NK17 | 分生孢子发育调控 | wetP | WetP | 调控 | Aspergillus nidulans wetA同源基因，参与孢子成熟 |
| Pestalotiopsis microspora NK17 | 组蛋白乙酰化/染色质调控 | mst1 | Mst1p | 催化 | MYST家族HAT，与酿酒酵母Esa1p同源，可能为必需基因 |
| Pestalotiopsis microspora NK17 | 组蛋白乙酰化/染色质调控 | mst3 | Mst3p | 催化 | MYST家族HAT，与Sas2p/Sas3p同源，敲除后表型无明显差异 |
关键发现
- 野生型分生孢子产量为5.61±0.34×10^6个/平板，Δmst2突变体仅1.13±0.22×10^6个/平板，互补菌株恢复至5.52±0.35×10^6个/平板，过表达菌株达7.15±0.45×10^6个/平板
- Δmst2生物量较野生型减少约35%
- Δmst2异常分生孢子比例在液体培养中约13%、平板上约50%
- Δmst2对刚果红和山梨醇高度敏感，表明细胞壁完整性受损
- HPLC显示Δmst2次级代谢产物大幅减少，其中Pestalotiollide B（PB）产量降低7倍
- 过表达mst2使产孢提前至少10小时，孢子产量增加约27.45%，但PB产量降低约60%
- qRT-PCR显示Δmst2中abaP、stuP、medP、wetP和pks1表达显著下调。
研究结论
MYST家族组蛋白乙酰转移酶Mst2p在P. microspora中作为生长、分生孢子发育、细胞壁完整性和次级代谢的关键调控因子，正常表达水平对该真菌的次级代谢调控至关重要，过表达则偏向促进产孢而抑制次级代谢，提示Mst2p可能参与G蛋白介导的信号通路交叉调控。