尖孢镰刀菌NAD代谢途径中与生长繁殖相关基因的研究

镰刀菌属(Fusarium spp.)种类繁多、分布极广,普遍存在于土壤及动植物有机体上,能够广泛的引起人类和动植物感染。临床上,镰刀菌可引起浅部或深部感染,浅部感染常见为真菌性角膜炎,严重者可致盲;深部感染常见于免疫功能低下的患者,主要表现为侵袭性感染,病死率极高。农业上,镰刀菌是最重要的植物病原真菌之一,可侵染植物或农作物引起枯萎病和根腐病等。其产生的有毒次级代谢物可引起人和动物中毒,对人和动物造成损伤。镰刀菌对临床常用抗真菌药物均表现出一定程度的耐药现象,导致治疗效果不佳。烟酰胺腺嘌呤获悉更多二核苷酸(NAD)及其还原形式(NADH)和磷酸化形式(NADP)是细胞代谢和能量产生的核心。有氧呼吸过程中,NAD作为电子传递体在氧化呼吸链中穿梭,最终合成ATP,ATP可为细胞提供能量。因此,维持NAD浓度对细胞和生物体活力很重要。NAD的生物合成途径主要有三种,分别为Preiss–Handler(PH)途径、从头合成途径及补救途径,三种途径共同调节NAD稳态。NAD调节多种细胞功能,例如动植物和微生物等细胞,在能量代谢、细胞凋亡及衰老等过程中具有重要作用。目前关于NAD代谢在丝状真菌中的PF-6463922纯度作用鲜有报道。本研究旨在寻找NAD代谢途径中与尖孢镰刀菌生长繁殖及药物敏感性相关的基因,为尖孢镰刀菌的防治提供潜在的靶点或策略。通过对尖孢镰刀菌的NAD代谢途径的分析,挑选出该途径中5个重要的具有催化作用的酶作为靶点,分别为烟酸磷酸核糖基转移酶(Npt1)、喹啉酸磷酸核糖基转移酶(Bna6)、烟酰胺核糖激酶(Nrk1)、5′-核苷酸酶(5′-nucleotidase)及NAD激酶(hand infectionsNADK),其编码基因分别为FOXG_01191、FOXG_06246、FOXG_13827、FOXG_04408、FOXG_00298。前期实验室已建立了尖孢镰刀菌的根癌农杆菌介导的遗传转化体系(ATMT)并成功对其进行优化,利用ATMT技术成功构建了5株基因敲除株,用于解析基因的功能。获得了1株生长繁殖异常的敲除株ΔNpt1,与野生型相比,ΔNpt1菌丝生长迟缓、色素产生减少、分生孢子产量减少,表明FOXG_01191基因与生长繁殖相关。检测5株敲除株对4种临床常用抗真菌药物伊曲康唑、伏立康唑、两性霉素B及卡泊芬净的药物敏感性,结果表明,敲除株药物敏感性无明显变化,表明这5种基因与耐药性无关。对敲除株ΔNpt1的NAD代谢途径进行分析,结果显示,NAD和ATP含量减少。q PCR检测ΔNpt1中NAD代谢途径相关基因表达水平变化,结果显示,Nma与Qns1的表达水平明显下调。结果表明,Npt1缺失导致Preiss–Handler途径受阻,NAD合成量降低,NAD氧化还原稳态失衡,导致氧化磷酸化途径的ATP释放减少。综上所述,本研究分析了Npt1与生长繁殖之间的关系,发现编码Npt1的基因FOXG_01191是调控NAD生物合成的重要基因,通过调节Preiss–Handler途径代谢影响NAD的合成,并可调控ATP的合成,影响尖孢镰刀菌的生长繁殖。上述结果为揭示病原真菌的生长繁殖机制和寻找潜在的治疗靶点提供了一定理论基础。