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复旦大学黄广华团队揭示空气湿度调控白念珠菌有性生殖的分子机制

花匠小妙招
2024-09-17 17:18

“橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳”。面对新环境，很多生物都有“水土不服”的现象，微生物也不例外。黄广华团队最近研究发现，人体机会性致病真菌白念珠菌有“水土不服”的现象。相同营养条件下，白念珠菌的细胞表型和交配能力呈现出明显的地区差异和季节性特征，导致这种差异的重要因素是空气湿度的变化。

空气湿度是动植物和微生物生活周期中重要的环境调控因子。很多病毒、细菌和真菌引起的感染性疾病的流行具有明显的季节性和地区特征，并与空气湿度的波动密切相关。比如，在低纬度湿热地区，真菌性皮肤病的发病率明显高于高纬度的干冷地区；我国南方的梅雨季节通常是女性生殖道念珠菌病的高发季节。

有性生殖是病原真菌重要的生物学过程，是其耐药性和致病性进化的重要推动力。真菌有性生殖受到多种环境因素的调控。最近，复旦大学黄广华团队研究发现空气湿度调控人体病原真菌白念珠菌有性生殖的现象，并系统地解析了湿度调控同性交配的分子机制。

该团队研究发现，白念珠菌的交配行为具有明显的地理和季节性差异。即使在相同的营养条件下，遗传背景一样的菌株在北京地区的同宗交配的能力明显高于上海地区。此外，相同培养温度和营养条件下，同一地区，白念珠菌在冬季形成交配接合管和同宗交配的能力明显高于夏季。空气湿度随地理位置和季节的变化而波动。为了探究不同地理区域和季节变化对白念珠菌交配能力的影响与空气湿度的变化相关，研究团队建立了湿度可控的培养体系，对不同湿度条件下白念珠菌的同宗交配效率进行了系统性的研究，证明了空气湿度对白念珠菌同宗交配的重要调控作用。

分子调控机理研究发现，白念珠菌细胞膜上感应元件、海藻糖合成途径和渗透压感应信号通路参与了湿度调控同宗交配的过程。低湿胁迫条件促进白念珠菌细胞产生大量的活性氧（ROS），并引起胞内蛋白质的错误折叠和变性等应激反应。细胞膜蛋白Gpr1和水通道蛋白Aqy1作为上游元件最先感应到胞外渗透压力和低湿信号，经乙醛酸循环和海藻糖合成通路促进胞内海藻糖的合成，以维持细胞的渗透压平衡。同时，海藻糖和白念珠菌热休克蛋白协同作用，应对胞内ROS和错误折叠蛋白的积累。当热休克蛋白家族成员功能“超载荷”时，交配信息素的自分泌和感应途径被激活，进而促进白念珠菌细胞形成交配接合管和高效率的同性交配（图一/图二）。该研究发现了白念珠菌新的环境适应策略，揭示了该病原菌通过空气湿度调控形态发育和有性生殖的分子机理，为微生物的环境适应性进化和临床感染防治研究提供了新思路。

图一、白念珠菌在低湿度和高湿度条件的菌落、细胞及交配接合管形态

图二、空气湿度调控白念珠菌同性交配的分子机制

相关研究成果以“Atmospheric humidity regulatessame-sex mating in Candida albicans through the trehalose and osmoticsignaling pathways”为题发表于SCIENCECHINA Life Sciences（《中国科学：生命科学》英文版）。复旦大学生命科学学院博士后李超、青年研究员陶丽和中国科学院微生物研究所助理研究员管国波为论文的共同第一作者，复旦大学附属华山医院感染科双聘教授、生命科学学院教授黄广华为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目和上海市科技重大专项的资助。