厦门论文发表-真菌孢子休眠的打破：协调过渡

从休眠孢子到发芽的转变一直是研究和争论的话题。PLOS Biology最近的一项发现表明，伴侣Hsp42在休眠破坏期间溶解蛋白质组中起着至关重要的作用，尽管不能排除海藻糖的作用。

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引文： Seekles SJ （2023） 真菌孢子休眠的打破：协调过渡。公共科学图书馆生物学21（4）： e3002077. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002077

发表： 21月 2023， <>

版权所有： ? 2023 舍尔德·约翰·西克尔斯。这是一篇根据知识共享署名许可条款分发的开放获取文章，该许可允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制，前提是注明原作者和来源。

资金： 作者没有为这项工作获得任何专项资金。

竞争利益： 提交人声明不存在相互竞争的利益。

真菌孢子是抗应激细胞类型，可以在极端条件下生存，例如高温和高紫外线辐射[1]。真菌孢子的高抗逆性使它们能够在我们的预防性治疗中存活下来，并随后导致食物腐败和真菌感染[2]。此外，真菌孢子处于休眠状态，代谢（几乎）不活跃，即使在储存17年后也能在这种状态下保持活力[3]。

真菌孢子积累高浓度的相容溶质和小的保护蛋白，以确保其存活。据报道，总内部相容溶质浓度为1M[1]。这种高浓度的相容溶质和蛋白质导致真菌孢子的细胞质具有高粘度。除了产生高抗压性外，这种增加的粘度还会阻止细胞的代谢活动。含有高海藻糖浓度的孢子细胞质被描述为“玻璃状状态”，其中分子，特别是蛋白质，不再自由移动[4]。这种状态导致蛋白质不灵活，并可能影响蛋白质的适当折叠[5]。因此，酶虽然保存下来，但在这种玻璃状状态下被认为大多是无活性的。

这些代谢活动有限的休眠孢子如何从这种几乎不活跃的状态转变为活泼的发芽状态？Plante及其同事最近发表在PLOS Biology上的一项研究表明，适当的转变至少部分是由伴侣精心策划的，特别是Hsp42[6]。作者表明，这种热休克蛋白在发芽的早期阶段被磷酸化激活，并确保蛋白质在休眠期间适当地再溶解。缺乏Hsp42的菌株发芽较慢，并且显示出从高粘性状态到细胞质的较慢过渡，细胞质更具流动性。这可能部分是由于较高的海藻糖浓度，与野生型孢子相比，Plante及其同事在hsp42Δ孢子的休眠破坏期间仍然较高。然而，至关重要的是，含有具有非磷酸化氨基酸残基的Hsp42蛋白的突变菌株，导致蛋白质在发芽期间不再被激活，显示出较慢的发芽速率。因此，可以得出结论，在萌发的早期阶段细胞质的再溶解至少部分是由伴侣Hsp42协调的（图1）。

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图1. 萌发过程中的蛋白质再溶解至少部分由伴侣Hsp42协调。

可视化蛋白质再溶解和伴侣Hsp42在此过渡期间的功能的卡通。代谢（几乎）无活性的真菌孢子含有高度粘稠的细胞质。高度粘稠的细胞质类似于蛋白质保存且无活性的“玻璃状状态”。在发芽过程中，粘性细胞质转变为水样细胞质。一些蛋白质比其他蛋白质溶解得更早，其中一种蛋白质是伴侣Hsp42。在萌发的早期阶段，Hsp42被磷酸化，因此被激活，并确保孢子蛋白质组的适当重新折叠和再溶解。

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002077.g001

据我所知，Plante及其同事描述的Hsp42在萌发过程中的新作用是第一份报告，表明孢子积极确保甚至协调代谢活性状态的适当重新进入。正如Plante及其同事所描述的那样，蛋白质具有不同的溶解度水平，这意味着某些蛋白质将比其他蛋白质恢复其天然功能。这一发现为萌发过程提供了新的见解，并揭示了蛋白质在萌发过程中状态的重要性，而不仅仅是它们的存在或丰度。

有趣的是，Plante及其同事的发现是由休眠孢子是一种应激反应状态并且发芽可以被视为缓解压力的一种形式的假设所驱动的。事实上，休眠孢子确实与进入应激反应状态的营养细胞具有共同特征。与营养细胞相比，Plante及其同事显示出较低的pH值和出芽酵母子囊孢子内颗粒的运动。细胞酸度和粘度的增加与营养细胞的应激反应一致，之前已经证明[7]。此外，我们知道真菌孢子积累了小的保护蛋白和相容的溶质，再次显示出与应激反应的相似性。真菌孢子处于恒定胁迫响应状态的模型是一个有趣的假设，并证明了本研究的有用比较。

这一令人兴奋的新发现为未来的研究方向和对现有数据的重新评估打开了大门。例如，一些转录组和蛋白质组研究报道，休眠真菌孢子含有高浓度的伴侣[8-10]。Plante及其同事提出的研究表明，这些蛋白质在孢子中具有新的作用，不仅作为休眠孢子本身的保护剂，而且确保蛋白质组在发芽时适当地溶解和重新折叠。未来的研究可能集中在参与蛋白质组溶解的潜在其他伴侣以及这种现象是否具有酵母子囊孢子特异性。此外，海藻糖在蛋白质溶解中的潜在作用需要进一步研究，因为这种二糖在许多真菌孢子类型中积累，被认为是孢子粘性细胞质的主要原因之一。

引用

1.Dijksterhuis J. 真菌孢子：高度可变和抗应激的载体，用于分布和腐败。J 食品微生物学。2019;81:2–11.密码：30910084

查看文章PubMed/NCBI谷歌学术搜索

2.Wyatt TT， W?sten HAB， Dijksterhuis J. 用于空间和时间分散的真菌孢子。高级应用微生物学。2013;85:43–91.密码：23942148

查看文章PubMed/NCBI谷歌学术搜索

3.Nagtzaam MPM， Bollen GJ.黄霉菌在颗粒种子包衣材料中的保质期长。欧洲J植物病理学。1994;100:279–282.

查看文章谷歌学术搜索

4.Olgenblum GI，Sapir L，Harries D.水性海藻糖混合物的性质：玻璃化转变和氢键。J 化学理论计算。2020;16:1249–1262.密码：31917927

查看文章PubMed/NCBI谷歌学术搜索

5.Sampedro JG，Rivera-Moran MA，Uribe-Carvajal S. Kramers的理论和酶动力学对海藻糖介导粘度的依赖性。催化剂。2020;10(6):659.

查看文章谷歌学术搜索

6.Plante S， Moon K-M， Lemieux P， Foster LJ， Landry CR. 打破出芽酵母中的孢子休眠会改变细胞质和蛋白质组的溶解度。公共科学图书馆生物学. 2023;21（4）：e3002042。

查看文章谷歌学术搜索

7.Munder MC， Midtvedt D， Franzmann T， Nüske E， Otto O， Herbig M， et al.pH驱动的细胞质从液体状态到固体状态的转变促进进入休眠状态。歌手RH，编辑。电子生活。2016;5：e09347.pmid：27003292

查看文章PubMed/NCBI谷歌学术搜索

8.Leeuwen MR， Krijgsheld P， Bleichrodt R， Menke H， Stam H， Stark J， et al.黑曲霉分生孢子的萌发伴随着RNA谱的重大变化。种马菌学报. 2013;74：59–70.pmid：23449598

查看文章PubMed/NCBI谷歌学术搜索

9.Punt M， Brule T， Teertstra WR， Dijksterhuis J， Besten HMW， Ohm RA， et al.成熟和生长温度对罗克福青霉分生孢子的细胞大小分布、耐热性、相容溶质组成和转录谱的影响。食品研究国际 2020;136：109287.邮编：32846509

查看文章PubMed/NCBI谷歌学术搜索

10.陈 S， 范 L， 宋 J， 张 H， 杜塞特 C， 休斯 T， 等.热处理假费氏菌子囊孢子的定量蛋白质组学分析.J 蛋白质组学。2022;252:104446.密码：34883268

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