高级醇 · 代谢工程文献库

← 返回列表

Adenylyl Cyclase Plays a Regulatory Role in Development, Stress Resistance and Secondary Metabolism in Fusarium fujikuroi

作者
Jorge García-Martínez, Attila L. Ádám, Javier Avalos
单位
Department of Genetics, Faculty of Biology, University of Seville; Mycology Group of the Hungarian Academy of Sciences, Agricultural Biotechnology Center, Institute of Plant Protection, Szent István University
杂志
PLoS ONE（2012）
DOI
10.1371/journal.pone.0028849
所属领域
代谢工程 / 合成生物学
关键词
Fusarium fujikuroicAMP信号类胡萝卜素红色素胁迫响应腺苷酸环化酶赤霉素
阅读原文
查看 PDF 原文

解决的核心问题

解析 cAMP 信号通路（腺苷酸环化酶 AcyA）在 Fusarium fujikuroi 生长发育、胁迫耐受及次生代谢（赤霉素、类胡萝卜素、红色素）中的调控作用

研究策略

通过同源重组靶向敲除 acyA 基因催化结构域构建 ΔacyA 突变体，比较野生型与突变体在生长、产孢、应激耐受、次生代谢产物产量及关键基因表达上的差异，并利用外源 cAMP 回补实验验证表型原因

研究路线图

100%
研究问题：解析 cAMP 信号通路在 F. fujikuroi 中的多效调控作用
策略：同源重组敲除 acyA 构建 ΔacyA 突变体
关键改造：ΔacyA 突变体（催化结构域缺失）
表型：生长速率降 35%，产孢减少，氧化胁迫敏感
赤霉素：GA3 产量严重降低，gibB 表达下调
类胡萝卜素：暗增光减，carRA/carB 双向变化
红色素：新型色素产量增 3 倍（≠比卡维林）
热耐受：ΔacyA 更耐 60°C 热激（野生型致死）
结论：AcyA/cAMP 多效调控营养生长、次生代谢与胁迫耐受，物种间调控网络存在差异
Text is not SVG - cannot display

下载 .drawio 源文件

核心内容

该研究通过同源重组靶向敲除藤仓赤霉菌（Fusarium fujikuroi）中编码腺苷酸环化酶的acyA基因催化结构域，构建了ΔacyA突变体，并与野生型菌株在生长、发育、次生代谢及应激耐受等方面进行系统比较。结果显示，acyA缺失使线性生长速率降低约35%，赤霉素GA3产量在15天培养中由野生型的约42 mg/L大幅下降，且gibB基因诱导水平显著降低。在次生代谢方面，暗培养下突变体类胡萝卜素含量提升约3倍，carRA和carB转录水平分别升高约4倍和2倍，而光照下类胡萝卜素含量则减少约50%；突变体还在低氮培养基中积累一种不同于比卡维林的新型红色素，产量增加约3倍。此外，突变体对H₂O₂更敏感（100 mM下无法生长），但在60°C热激1小时后仍存活而野生型致死。外源cAMP回补可部分恢复表型，证实上述变化由cAMP信号缺失引起。该工作揭示了cAMP信号在促进营养生长、赤霉素合成及氧化胁迫耐受的同时，抑制暗条件下类胡萝卜素和红色素积累的多效调控作用，并表明不同镰刀菌物种间cAMP调控网络存在显著差异。

创新点

首次报道 F. fujikuroi 中腺苷酸环化酶 acyA 的敲除影响；发现 ΔacyA 突变体产生不同于比卡维林的新型红色素；揭示 cAMP 信号在类胡萝卜素暗抑制和光诱导中的相反作用；发现 F. fujikuroi 中 cAMP 对氧化胁迫的调控方向与近缘种相反

研究对象（9）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Fusarium fujikuroi cAMP信号通路 acyA 腺苷酸环化酶 催化 催化cAMP合成；敲除后生长减慢、产孢减少、次生代谢改变
Fusarium fujikuroi 赤霉素生物合成 gibB ent-kaurene合酶/ent-copalyl二磷酸合酶 催化 GA生物合成关键酶；ΔacyA突变体中mRNA诱导显著降低
Fusarium fujikuroi 类胡萝卜素生物合成 carRA CarRA（类胡萝卜素合成相关蛋白） 催化 暗条件下ΔacyA中mRNA水平约为野生型4倍
Fusarium fujikuroi 类胡萝卜素生物合成 carB CarB（八氢番茄红素脱氢酶等） 催化 暗条件下ΔacyA中mRNA水平约为野生型2倍
Fusarium fujikuroi 红色素生物合成 — — 催化 ΔacyA突变体产生新型红色素，光谱吸收峰约500 nm，不同于比卡维林（521 nm）
Fusarium fujikuroi 氮代谢调控 AreA AreA 调控 背景提及：氮调控因子，与赤霉素合成相关
Fusarium fujikuroi 光调控/次生代谢 wcoA WcoA（White Collar蛋白） 调控 背景提及：光调控相关，影响产孢和次生代谢
Fusarium fujikuroi pH调控 PacC PacC 调控 背景提及：pH调控因子，影响比卡维林合成
Fusarium fujikuroi 全局调控（Velvet复合体） FfVel1/FfLae1 Velvet复合体蛋白 调控 背景提及：影响分化、次生代谢和毒力

关键发现

  1. ΔacyA 突变体线性生长速率降低 35%
  2. GA3 产量在对照菌株中约 42 mg/L（15天），突变体中严重降低
  3. gibB mRNA 诱导水平显著低于对照
  4. 暗培养中类胡萝卜素含量增加约 3 倍，光照下减少约 50%
  5. carRA 和 carB mRNA 在暗培养中分别升高约 4 倍和 2 倍
  6. 红色素（不同于比卡维林）产量在低氮培养基中约增加 3 倍
  7. 突变体对 H2O2 更敏感（50/100 mM H2O2 下不能生长，5 mM H2O2 处理存活率降低约 30%）
  8. 60°C 热激 1 小时后野生型致死而突变体仍可生长

研究结论

cAMP 信号（AcyA）在 F. fujikuroi 中发挥多效调控作用：促进营养生长、正常产孢和赤霉素合成，抑制暗条件下类胡萝卜素积累及特定红色素产生，并参与氧化胁迫耐受；但不同 Fusarium 物种间 cAMP 调控网络存在显著差异