香菇菌丝转色是决定栽培香菇产量和品质的关键因素之一.弄清菌丝转色过程中黑色素合成途径和关键基因对于解析香菇菌丝转色机理具有重要意义.本研究利用一组可亲和配对的香菇原生质体单核菌株SP3、SP30全基因组数据进行同源比对,对香菇黑色素合成途径进行注释并对黑色素合成关键基因进行挖掘.结果显示,香菇基因组中缺少庚烯酮水解酶基因、小柱孢酮脱水酶基因和对羟苯丙酮酸双加氧酶基因,推测香菇菌株不存在典型的 DHN-黑色素和脓黑色素合成途径,但可以合成DOPA黑色素、GHB黑色素、PAP黑色素和儿茶酚黑色素.同时进一步对香菇黑色素合成中限速酶——酪氨酸酶进行生物信息学分析,研究表明香菇菌株SP3、SP30中酪氨酸酶基因编码蛋白为稳定的亲水蛋白,含有 2 个与酪氨酸酶催化活性相关的铜离子结构域,不含有分泌型信号肽,不含跨膜结构域且定位在细胞质.该研究结果为香菇黑色素合成遗传基础、菌丝转色机理及影响因素研究提供了重要参考.

烟曲霉(Aspergillus fumigatus)是一种分布于世界各地的腐生真菌,属于人类临床常见的三大机会性致病真菌之一,是侵袭性曲霉菌病的主要病原菌.烟曲霉可以产生 DHN-黑色素(dihydroxynaphthalene melanin)和脓黑素(pyomelanin)这 2 种类型黑色素.本综述介绍烟曲霉黑色素产生的遗传代谢途径、功能以及与宿主免疫系统相互作用的最新认识,有助于更好地理解烟曲霉的病理生理特征,为烟曲霉感染快速诊断技术和新型抗真菌药物的研发提供理论依据.

大丽轮枝菌是一种重要的土传植物病原真菌,以休眠结构微菌核作为初始接种体,可侵染660多种植物引致黄萎病.微菌核是致密的多细胞结构,表面附着大量的DHN黑色素.许多报道指出,在微菌核发育过程中,传统的DHN黑色素合成途径中有5种催化酶编码基因VdPKS、VdT4HR、VdSCD、VdT3HR和VdLAC均被诱导表达,但这些基因与微菌核形成的关系目前尚无报道.本研究通过基因敲除技术,系统研究了传统DHN黑色素合成通路上这5种关键酶编码基因及一种缩链催化酶编码基因Vayg1在大丽轮枝菌黑色素合成及微菌核形成中的作用.结果表明,大丽轮枝菌DHN黑色素合成需要Vayg1基因的参与,且Vayg1和VdT3HR基因还参与微菌核的形成过程.因此,Vayg1基因和VdT3HR基因可作为黄萎病防治的新靶标.

黑色素是一种广泛分布于生物体中的酚类聚合物疏水色素,分为1,8-间苯二酚(1,8-dihydroxynaphthalene,DHN)黑色素和3,4-二羟基苯丙氨酸(3,4-dihydroxyphenylalanine,L-DOPA)黑色素两种,其中DHN黑色素多存在于子囊菌门的植物病原真菌中.基因组和转录组技术的发展及功能基因组研究的深入,使DHN黑色素合成途径上关键基因在不同病原真菌中被鉴定,而且黑色素与真菌抗逆、发育和致病的关系受到越来越多的关注.本文阐述了DHN黑色素合成途径及其在真菌抗辐射与抗极端温度中的作用,以及黑色素对真菌侵染和细胞发育的影响,旨在加深人们对黑色素介导真菌与环境和寄主协同进化的认识,这对黑色素的基础研究和开发利用具有重要意义.

[背景]羟基萘还原酶(hydroxynaphthalene reductase,HNR)是1,8-间苯二酚(1,8-dihydroxynaphthalene,DHN)黑色素合成途径中起关键作用的酶,研究表明HNR不仅参与真菌黑色素合成,而且对其生长发育及致病性也具有一定的调控作用,但HNR对真菌病原物侵染结构分化的调控研究鲜见报道.[目的]在对梨果黑斑病菌互隔交链孢(Alternaria alternata)HNR的基因进行克隆与生物信息学分析的基础上,通过药理学方法初步探讨HNR对A.alternata生长及侵染结构分化的调控作用,为进一步揭示HNR在A.alternata侵染结构分化形成过程中的分子机制提供理论依据.[方法]对梨果黑斑病菌A.alternata的2个hnr基因进行了克隆;通过gene structure display server、open reading frame(ORF)Finder 及 conserved domain search 等数据库及相关软件,对hnr基因及蛋白进行生物信息学分析,并利用HNR特异性抑制剂三环唑处理分析其对A.alternata生长发育、黑色素合成和侵染结构形成的影响,同时采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术分析了 hnr基因在A.alternata不同侵染结构分化时期的表达特性.[结果]从梨果黑斑病菌A.alternata克隆得到2个羟基萘还原酶基因 hnr的编码区全长,分别命名为Aa4hnr和Aa3hnr,其中Aa4hnr基因全长为1 266 bp,编码了 268个氨基酸,无内含子,有9个ORF;Aa3hnr基因全长为1 356 bp,编码了 267个氨基酸,含有2个大小分别为51bp和49 bp的内含子,有17个ORF;进化分析表明,Aa4hnr 和 Aa3hnr 与 Ophiobolus disseminans 和 Alternaria arborescens 分别具有较高的一致性,同时Aa4hnr和Aa3hnr编码的蛋白均含有NAD(P)结合域,属于短链脱氢酶/还原酶(short-chain dehydrogenase/reductase,SDR)家族.药理学结果表明,三环唑处理显著降低了 A.alternata DHN黑色素的生物合成,抑制了疏水性诱导的A.alternata侵染结构的形成;进一步分析Aa4hnr和Aa3hnr在疏水表面诱导的A.alternata孢子萌发阶段(2h)、附着胞形成阶段(6 h)、侵染菌丝形成阶段(8 h)的基因表达量,Aa4hnr的基因表达量在A.alternata侵染结构分化的各个时期均发生下调,Aa3hnr在附着胞形成阶段(6 h)表达量下调,然而在侵染菌丝形成阶段(8 h)显著上调表达.[结论]Aa4hnr和Aa3hnr对梨果黑斑病菌侵染具有一定的调控作用.