真菌Ndt80-like蛋白研究进展

Recent advances on fungal Ndt80-like proteins

摘要

为全面了解Ndt80-like蛋白功能、探究其作为靶点开发抗真菌药物的潜力，以“Ndt80”、“Ndt80-like protein”和“真菌”为关键词，检索国内外相关文献，总结分析Ndt80-like蛋白的结构和其在有性生殖、减数分裂、环境营养感知和细胞代谢重塑等方面的功能，并对Ndt80-like蛋白作为靶点开发抗真菌药物的可行性进行展望。结果表明：1）子囊菌（Ascomycetes）和担子菌（Basidiomycetes）的Ndt80-like蛋白DNA结合结构域高度保守，激活结构域高度可变；2）真菌Ndt80-like蛋白是调控有性生殖和减数分裂的关键转录激活因子；3）Ndt80-like蛋白通过整合多种营养信号来调控真菌的发育和环境适应性。综上，真菌Ndt80-like蛋白作为p53-like超家族转录因子，在真菌的有性生殖、生长发育、代谢重塑、环境胁迫响应及侵染致病的过程中发挥了核心作用，在真菌病害防控及高效工业生产底盘菌株构建中具有潜在的应用价值。

Abstract

To gain a comprehensive understanding of Ndt80-like protein functions and explore their potential as targets for antifungal drug development， a systematic literature search was conducted in this study by taking the keywords “Ndt80” “Ndt80-like protein” and “fungi”. The structure of Ndt80-like proteins and their roles in sexual reproduction， meiosis， environmental nutrient sensing， and cellular metabolic remodeling were summarized. The feasibility of developing antifungal drugs targeting these proteins was assessed. The results show that： 1） The DNA-binding domains of Ndt80-like proteins are highly conserved in both Ascomycetes and Basidiomycetes， while their activation domains are highly variable. 2） Ndt80-like proteins are the key transcriptional activators that regulate sexual reproduction and meiosis in fungi. 3） These proteins integrate multiple nutrient signals to modulate fungal development and environmental adaptation. In summary， the fungal Ndt80-like proteins， as members of the p53-like superfamily of transcription factors， play a central role in regulating fungal sexual reproduction， growth and development， metabolic remodeling， environmental stress responses， and pathogenicity. They hold significant application potential for fungal disease control and the development of highly efficient industrial chassis strains.

Graphical abstract

关键词

Ndt80-like蛋白 / Ndt80 / VIB-1 / FSD-1 / 真菌

Key words

Ndt80-like protein / Ndt80 / VIB-1 / FSD-1 / fungi

哺乳动物肿瘤抑制蛋白p53作为维持基因组稳定性与抑制肿瘤发生及发展的关键调控因子，其在DNA损伤应答与细胞命运决定过程中发挥着关键作用^［1］。p53-like蛋白广泛存在于动物、植物和真菌中，其超家族成员包括p53、Rel/Dorsal、T-box、STAT、Runt、Ndt80和CSL（cellulose synthase-like）等^［1］。真菌Ndt80-like蛋白是一类与p53具有相似DNA结合结构域的转录因子。酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的NDT80（nuclear division transporter 80）基因编码1个关键的转录因子Ndt80，是减数分裂中期到后期转换的关键调控因子。早期的遗传学试验结果显示，在营养匮乏条件下NDT80是酿酒酵母完成减数分裂和子囊孢子成熟的必需基因^［2］。在构巢曲霉（Aspergillus nidulans）的碳、氮和硫饥饿响应中，Ndt80-like基因xprG的缺失引起菌株胞外蛋白酶分泌减少^［3］。Xiang等^［4］在筛选影响粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）菌丝异核体不兼容（heterokaryon incompatibility）的研究中，鉴定出Ndt80-like转录因子基因vib-1（vegetative incompatibility blocked）的突变能够抑制mat和het-c/pin-c等基因位点的不相容，vib-1的缺失可显著降低营养菌丝融合过程中异核体发生细胞死亡的频率。而且，vib-1是调控异核体不兼容基因表达的调控因子^［5］。白色念珠菌（Candida albicans）的Ndt80-like基因CaNdt80突变完全抑制了抗真菌药物诱导的药物外排转运蛋白基因CDR1的表达^［6］；因此，Candt80/Candt80突变体比野生型菌株对抗真菌药物更为敏感^［6］。综上，真菌Ndt80-like蛋白功能多样，广泛参与有性生殖、饥饿响应和胁迫应答等细胞代谢过程，阐释其结构和功能对于完善真菌代谢途径、开发抗真菌药物，以及防治真菌病害具有重要的意义。

然而，目前鲜有关于Ndt80-like蛋白结构和功能综合分析的报道。本研究以“Ndt80”、“Ndt80-like protein”和“真菌”为关键词，检索国内外相关文献报道，总结分析了Ndt80-like蛋白的结构及其在有性生殖、减数分裂、环境营养感知和细胞代谢重塑等方面的功能，旨在厘清Ndt80-like蛋白功能，并探究其作为靶点开发抗真菌药物的可能性，以期为真菌病害的高效绿色生物防控提供有益参考。

1　Ndt80-like蛋白DNA结合结构域与激活结构域

1.1　Ndt80-like蛋白的系统发育分析

系统发育分析的结果显示，真菌基因组中编码两类p53-like超家族转录因子，分别是Ndt80和CSL^［1］。CSL仅存在于子囊菌的1个分支中，而Ndt80-like蛋白则广泛存在于子囊菌中，并细分为Ndt80支系和VIB-1/XprG支系^［7-8］。Ndt80分支也包含部分来自担子菌门、接合菌门和壶菌门的Ndt80-like蛋白。子囊菌与担子菌的Ndt80-like蛋白序列相似性通常<50%，在同一门内也存在显著分化（图1）。在VIB-1/XprG支系中，XprG支系的蛋白广泛分布于子囊菌中，而VIB-1支系的蛋白只存在于粪壳菌纲和锤舌菌纲中。因此，真菌中的Ndt80-like蛋白是一类在子囊菌、担子菌和部分早期分化真菌中高度保守的转录因子，但其序列和功能在不同真菌类群中表现出一定的特异性，表明其真菌特异性起源的可能性。

自1995年，Xu等^［2］首先在酿酒酵母中鉴定出Ndt80蛋白以来，不同真菌物种中的Ndt80-like蛋白不断被发现。真菌Ndt80-like蛋白因其在环境营养感知和应答、有性生殖和减数分裂调控、应激响应、致病性调控、以及耐药性调控等多种生理过程中发挥重要功能^［1］，现已成为研究的焦点之一。随着对其功能研究的不断深入，其新的生物学功能陆续被报道。由于Ndt80-like蛋白作为转录因子发挥功能，其DNA结合结构域与同家族的p53家族蛋白具有相似的保守结构，而不同类型的激活结构域赋予了该家族蛋白丰富的细胞功能^［1］。

1.2　Ndt80-like蛋白DNA结合结构域的保守性

作为典型的p53-like超家族转录因子，真菌Ndt80-like蛋白通常包含N端DNA结合结构域（DNA-binding domain，DBD）和C端转录激活结构域（transactivation domain，TAD）^［9-10］。Ndt80-like蛋白的DNA结合结构域由约300个氨基酸组成，具有保守的三级结构，负责识别和结合特定的DNA序列。采用β-β-β-α-α-β-α的拓扑结构，形成经典的“免疫球蛋白样折叠（Ig-fold）”，其中2个反平行β片层和一个α螺旋形成β-sandwich core支架。α1与β片层形成疏水核心，维持结构稳定。β片层（β1-β4）构成支架支撑关键的DNA接触元件，其中连接β2-β3的L1环（Loop1）和连接β4-α2的L3环（Loop3）直接接触DNA的大沟，而α2部分插入DNA的小沟，辅助稳定结合；L2环（Loop2）与β片层之间的Cys残基配位结合1个Zn²⁺稳定Loop2的结构，防止蛋白酶的降解作用^［11］。特定位点的磷酸化修饰可能参与调节DNA结合结构域的DNA亲和力。Ndt80识别的序列MSE元件（middle sporulation element）在酵母中高度保守^［11-12］，而其他真菌的Ndt80-like蛋白可能识别不同顺式元件。

1.3　Ndt80-like蛋白激活结构域

Ndt80-like蛋白作为一类真菌特异性转录因子，在调控真菌减数分裂、孢子形成和应激响应等过程中都发挥着重要作用^［13-14］。真菌Ndt80-like蛋白的转录激活结构域序列高度分化^［13］，其转录激活结构域保守性较低，可能与其适应不同的环境信号和调控相关下游基因表达需求有关。真菌的不同生命阶段可能面临不同的环境压力，如营养匮乏、氧化应激、温度变化等。低保守性的TAD允许蛋白快速进化，以整合特定的环境信号，从而调控下游靶基因的表达。Ndt80-like蛋白的靶基因广泛参与各类生物学功能，如减数分裂、高温应激等，它们在不同环境条件下可能呈现出不同表达模式^［1］。因此，低保守性的TAD可通过结构的可塑性来结合不同的转录共激活因子，如Mediator复合物、组蛋白乙酰转移酶等，从而适应不同基因的转录需求。酿酒酵母Ndt80的转录激活结构域通常位于蛋白的C端，结构相对灵活，与其他同源蛋白相比序列保守性较低^［2］。来自不同物种的Ndt80-like蛋白之间的结构域互换试验表明，白色念珠菌CaNdt80的激活结构域可特异性调控酿酒酵母药物外排基因的表达，而酿酒酵母的同源结构域则无此功能^［6，15］。里氏木霉（Trichoderma reesei）的TrVIB-1和粗糙脉孢菌的VIB-1的氨基酸相似性为49%，相似氨基酸主要集中在它们的DNA结合结构域，而转录激活结构域的氨基酸相似性很低^［16］。在粗糙脉孢菌的vib-1突变体中，TrVIB-1组成型表达，可以完全恢复生长且弥补纤维素水解酶活性的缺陷^［16］，说明丝状真菌Ndt80-like蛋白的转录激活结构域在行使功能时具有很强的灵活性。即使TAD序列保守性低，其功能仍然可以通过其他保守区域或协同作用因子，如染色质重塑复合物得到补偿，最终确保转录激活的整体效率。Ndt80-like蛋白的TAD保守性低反映了其在转录调控网络中的“演化可塑性”，使其能够快速适应环境变化和特异性需求。这种特性在真菌致病性、共生性、有性生殖和营养生长的生命周期调控中可能具有重要作用。

2　真菌Ndt80-like蛋白对有性生殖与减数分裂的调控

2.1　酿酒酵母及丝状真菌的Ndt80-like蛋白参与调控有性生殖

真菌的有性生殖过程通常受到环境压力和营养匮乏的调控^［17］。氮源缺乏作为关键信号之一，可直接引发酿酒酵母和粗糙脉孢菌等物种的有性生殖过程。在酿酒酵母减数分裂过程中，细胞会在减数分裂的粗线期暂停，因此该时期在真菌有性生殖过程中成为一个重要的监测点，其主要功能是监测和确保同源染色体配对、联会以及断裂DNA双链的正确修复^［18］。遗传筛选显示，ndt80突变体的细胞会停滞在减数分裂粗线期，形成未分裂的核，无法进入中期，不能产生成熟的四分体孢子^［9］。基于突变体遗传表型的分子机制解析发现，暂停在粗线期的细胞直到NDT80基因被激活才能顺利向中期过渡^［19］。NDT80的表达受Ime1和Ime2等调控因子的激活，其表达水平在减数分裂I期的终变期达到高峰^［20-21］。Ndt80通过激活一系列减数分裂特异基因的表达推动细胞从粗线期退出，进入减数分裂II期。Ndt80通过正反馈维持NDT80基因自身的表达，Ndt80直接调控孢子形成阶段相关基因的表达，这些基因参与孢子细胞壁的合成和膜的重组，为四分体的形成做准备。Ndt80作为酿酒酵母减数分裂的核心开关，通过整合细胞周期检查点信号、激活下游基因网络，协调减数分裂I期向减数分裂II期的转换及孢子形成。因此，对酿酒酵母Ndt80作用机制的解析为理解真核生物减数分裂调控过程提供了重要的模型。

与酵母相比，丝状真菌有性生殖结构和过程的复杂性明显增加^［21］。在缺氮情况下，细胞代谢途径需要重塑，驱动菌丝分化，产生特殊的生殖结构、细胞间信号转导和形态建成。原子囊壳是丝状真菌雌性生殖结构发育的关键起点^［22］。遗传筛选发现粗糙脉孢菌的2个Ndt80-like蛋白FSD-1和VIB-1突变体都表现出雌性原子囊壳减少或雌性生殖结构形成缺陷的表型^［4，22］。缺氮条件下，vib‐1和fsd‐1突变体形成的原子囊壳数量分别减少约80%和60%。双突变体形成的原子囊壳数量更少，表明粗糙脉孢菌的这2个Ndt80-like蛋白存在功能冗余或参与调控有性生殖的不同阶段^［22］。fsd‐1缺失菌株能产生一些外形正常的雌性原孢子壳，但却不能在受精后发育为成熟的子囊壳，说明fsd‐1可能是粗糙脉孢菌中调控减数分裂的NDT80同源基因^［22］。然而，fsd‐1纯合缺失突变体杂交不能形成钩状体（crozier）结构或产子囊的组织^［22］，说明该基因突变体的有性生殖过程在进入到粗线期之前就已经停止了。fsd‐1缺失菌株表现为雌性不育，且尽管fsd‐1纯合缺失菌株在“helper”菌株介导下能完成杂交和完整减数分裂过程，但仍呈现出子囊孢子未发育成熟的缺陷^［22］。已有研究证明，在粗糙脉孢菌或其他真菌中参与有性发育过程的基因在fsd‐1纯合缺失菌株杂交过程中表达水平下降，然而这些表达下调的基因中，只有6个是酿酒酵母Ndt80的靶基因^［23］，表明粗糙脉孢菌的FSD-1与酿酒酵母的Ndt80在调控有性生殖过程中存在差异。转录水平上，fsd‐1在减数分裂期间表达上调，但这种上调表达不依赖于ime2基因^［23］。与ime2缺失的酿酒酵母菌株不能形成子囊孢子不同，ime2基因缺失的粗糙脉孢菌菌株的有性生殖发育未受影响，且ime2突变体比野生型菌株产生了更多的原子囊壳^［22］，这表明ime2是真菌原子囊壳发育的负调控因子。在基础含氮培养基上，ime2缺失菌株杂交仍然能产生丰富的原子囊壳^［23］。尽管fsd‐1突变体形成的原子囊壳数量显著减少，ime2与fsd‐1双突变体杂交能产生与ime2突变体一样丰富的原子囊壳^［23］。与vib‐1构建的双突变体或三突变体的杂交结果表明，双突变体或三突变体呈现与vib‐1单突变体一样的少原子囊壳表型^［22］。这些遗传分析表明，FSD-1、VIB-1和IME-2作为丝状真菌雌性生殖结构形成的关键调控因子，存在形成复杂的交互调控关系。

2.2　致病性真菌中的Ndt80-like蛋白参与调控减数分裂和致病毒力

玉米黑粉菌（Ustilago maydis）是一种专性寄生真菌，主要侵染玉米，引起玉米黑粉病^［24］。玉米黑粉菌的致病性与其有性生殖过程直接相关。自然界中玉米黑粉菌的单倍体菌丝不具有侵染能力，只有当2个携带不同交配型基因的单倍体菌株通过性融合形成双核菌丝（n+n）后，才能侵入玉米组织^［24］。在寄主组织内，双核菌丝增殖形成瘤结构，最终在瘤内产生冬孢子^［24］。黑粉菌冬孢子的双核体经核融合形成二倍体（2n），随后通过减数分裂产生担孢子（n）^［25］。单倍体担孢子再次通过交配，形成双核体开启新一轮的侵染。减数分裂起始于植物组织内形成的冬孢子，并在冬孢子进入休眠时阻滞在减数分裂第一次分裂的双线期^［26］。在这个阶段涉及同源染色体配对、联会和交叉互换。当黑粉菌冬孢子萌发后，减数分裂恢复并完成后续过程。玉米黑粉菌编码1个Ndt80-like蛋白Unh1，该蛋白与锈菌目之外的Ndt80-like蛋白序列相似性很低，但是其DNA结合结构域却高度保守^［27］。突变体遗传分析显示，Unh1不但是玉米黑粉菌有性发育过程的必需基因，还是冬孢子成熟及完成减数分裂所必需的。因此，其在玉米黑粉菌侵染周期的全过程发挥关键作用^［24-27］。

Ndt80-like蛋白广泛参与真菌致病毒力调控和致病性^［6，15］。在白色念珠菌（Candida albicans）、稻瘟菌（Magnaporthe oryzae）、禾谷镰孢菌（Fusarium graminearum）、尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）和核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）等致病菌中Ndt80-like蛋白参与调控菌株的毒力和致病力^［15］。白色念珠菌的Ndt80-like蛋白通过调控菌丝生长和药物外排转运蛋白CDR1和MDR1参与调控菌株毒力和侵染能力^［6］；稻瘟病菌的Ndt80-like蛋白（MoNdt80）通过调控N-乙酰氨基葡萄糖分解代谢基因的表达，间接参与致病过程^［28］。在禾谷镰孢菌和尖孢镰刀菌中，Ndt80-like蛋白通过调节子囊壳的形成和毒素合成，如脱氧雪腐镰刀菌烯醇的合成，直接或间接调控菌株的毒力和致病性^［29-30］。此外，核盘菌作为引发菌核病的致病菌株，可侵染油菜、向日葵、大豆等作物^［31-32］，导致植株茎部或果实出现褐色腐烂。Ndt80基因是核盘菌菌株菌核形成所必需的基因，其缺失、突变或修饰都能使菌核形成受阻，直接导致其菌核产量下降，致病力显著减弱^［31］。可见，真菌Ndt80-like蛋白是有性生殖的关键调控因子，并且在减数分裂和菌株的致病毒力中发挥关键作用。

3　真菌Ndt80-like蛋白在感知环境营养及重塑细胞代谢中的作用

3.1　真菌Ndt80-like蛋白在感知环境营养中的作用

Ndt80-like蛋白通过整合营养信号来调控真菌的发育和环境适应性（表1）。在碳源匮乏时，Ndt80-like蛋白被激活，可触发细胞代谢的重编程，导致碳源利用替代或发育的转换^［4，22］。在许多子囊菌中，XprG同源蛋白的编码基因与N-乙酰葡萄糖氨（GlcNAc）代谢调控基因比邻^［33］。烟曲霉（Aspergillus fumigatus）、构巢曲霉（Aspergillus nidulans）的XprG和粗糙脉孢菌、里氏木霉的Ndt80-like蛋白RON1等基因均与GlcNAc代谢调控基因位于染色体上相邻位置^［34-35］。这些调控基因通过激活GlcNAc特异性转运蛋白NGT1和GlcNAc-6-磷酸脱乙酰酶DAC1在内的基因簇参与GlcNAc的摄取与代谢^［36］。GlcNAc不仅是白色念珠菌的重要碳源，还可以诱导菌株的形态转换和毒力相关基因的表达。白色念珠菌的2个Ndt80-like蛋白Ron1和Ndt80都在GlcNAc的代谢和识别中起重要作用^［37］。Ron1作为转录调控因子，直接激活GlcNAc分解代谢通路的关键基因DAC1和葡糖胺-6-磷酸脱氨酶NAG1的表达^［36］。缺失RON1基因会导致白色念珠菌不能在以GlcNAc作为唯一碳源的培养基上正常生长^［37-38］。综上，Ndt80-like蛋白是丝状真菌利用GlcNAc诱导菌丝形成所必需的。

3.2　真菌Ndt80-like蛋白参与重塑细胞代谢

在构巢曲霉（Aspergillus nidulans）响应碳源、氮源或硫饥饿中，鉴定到Ndt80-like基因xprG^［39］。xprG功能缺失突变导致蛋白酶活性降低，而功能获得性突变能够增加蛋白酶活性^［3］。因此，在构巢曲霉应对营养胁迫时，XprG作为Ndt80-like转录因子可调控蛋白酶分泌相关基因的表达，促进其环境适应性。粗糙脉孢菌的VIB-1是1个磷酸酶活性调控因子^［4］，同时VIB-1也是氮饥饿和碳饥饿响应中胞外蛋白酶分泌所必需的^［5］。粗糙脉孢菌能在过火后的植物上迅速定植并旺盛生长，主要依赖于分泌多种酶系来降解植物细胞壁以获取营养^［5］。Glass等^［16］对粗糙脉孢菌全基因组的单基因突变体库筛选发现，vib‐1基因缺失突变体不能在纤维素作为唯一碳源的培养基上生长；且vib‐1基因的缺失导致clr‐2及纤维素酶基因的表达降低。因此，在纤维素存在情况下，VIB-1是驱动纤维素酶和其他碳水化合物活性酶（carbohydrate-active enzymes， CAZy）基因表达的重要因子。遗传分析和转录组学分析显示，VIB-1作为CRE-1及COL-26上游的调节因子发挥作用，CRE-1是调控碳分解代谢的转录因子，并调节粗糙脉孢菌纤维素酶相关的调节基因和结构基因的激活^［16］。CLR-2是纤维素酶基因表达的重要调节因子，DAP-seq分析显示，VIB-1通过clr‐2促进纤维素酶基因的表达^［40］。里氏木霉是纤维素酶的工业生产菌株，vib‐1基因的缺失导致菌株中纤维素酶表达水平降低；而在里氏木霉中过表达VIB-1不但能将纤维素酶的酶活提升3倍，同时也提升了木聚糖酶和其他CAZy基因的表达水平^［41］。里氏木霉TrVIB-1和粗糙脉孢菌的VIB-1蛋白的氨基酸序列相似性为49%，在粗糙脉孢菌vib‐1突变体中组成型表达TrVIB-1可以完全恢复突变体菌株的生长和纤维素水解酶活性的缺陷^［16］。综上，丝状真菌能够高效利用植物生物质，主要依赖于它们能够分泌多种降解植物细胞壁的酶、通过重塑细胞代谢途径以适应这些酶的产生、并通过促进分解后的植物生物质成分向细胞内的运输和利用，VIB-1在这些复杂通路的调控中发挥着关键作用（表1）。

4　酿酒酵母Ndt80蛋白与粗糙脉孢菌VIB-1蛋白调控基因表达

Ndt80是酿酒酵母减数分裂中的核心转录因子^［20］。Ndt80通过协调诱导约300个基因的顺序表达，驱动减数分裂从中期I向后期I的进程，并最终促进孢子形成^［20］。Ndt80的表达和活性受到营养信号的严格调控，从而确保减数分裂仅在碳源或氮源匮乏时启动。在富营养条件下，PKA和TOR通路抑制减数分裂的起始。在富含氮源的培养基中，酿酒酵母早期减数分裂特异启动子的上游阻遏序列（upstream repression sequences， URS1s）元件被1个DNA结合蛋白Ume6抑制^［41］。Ume6在营养细胞中能将Rpd3/Sin3组蛋白去乙酰化酶复合物募集到URS1区域，调控组蛋白的修饰状态。早期启动子的完全抑制还需要Isw 2染色质重塑复合体，该复合体也与Ume6相互作用^［55-56］。Ume6和Sum1作为DNA结合蛋白，分别识别NDT80基因启动子的URS1元件和MSE元件。其中，Ume6通过募集组蛋白去乙酰化酶复合体Rpd3/Sin3对NDT80启动子区域进行去乙酰化修饰，而Sum1则通过募集Rfm1/Hst1复合物调节组蛋白去乙酰化，二者共同实现对NDT80基因表达的协同抑制。

酿酒酵母NDT80基因的表达激活是触发减数分裂的关键步骤^［20］。氮匮乏促进IME1基因的表达，Ime1与Ume6相互作用促进Sum1从MSE位点脱落，解除Ume6对NDT80基因转录的抑制^［20］。激酶Ime2、Cdk1和Cd7对Sum1蛋白的磷酸化^［38］促使Rfm1/Hst1复合物与Sum1蛋白的分离，部分解除Sum1对NDT80基因的转录抑制，引起NDT80基因的少量表达。当Sum1从NDT80基因启动子区的MSE元件部分解离出来，NDT80基因表达水平增加，合成的Ndt80蛋白被Ime2和Cdc5磷酸化后结合DNA的活性增加^［56-57］，通过与Sum1竞争结合NDT80基因启动子区的MSE元件，正反馈激活自身的表达^［19］。酿酒酵母减数分裂中期基因参与前期退出、减数分裂和孢子形成。核心减数分裂转录组中大约有158个基因编码的mRNA仅在减数分裂细胞中可检测到，这158个基因中约有110个基因包含MSE元件^［58］。Ndt80通过其DNA结合结构域识别并结合这些MSE元件激活基因的表达，从而完成减数分裂和孢子成熟^{［18，59-60］}。

粗糙脉孢菌VIB-1参与蛋白酶的分泌与营养物质的利用^［42］。环境中的碳、氮、硫等营养物质的浓度和pH的变化均可影响粗糙脉孢菌胞外蛋白酶的产生。vib‐1的缺失使得分泌到胞外的蛋白酶活性显著降低^［61］。粗糙脉孢菌作为利用植物生物质的优良物种，VIB-1可直接调控降解植物细胞壁结构物质（纤维素、果胶和寡聚糖）的酶类基因的表达^［40］。DAP-seq结果显示，VIB-1蛋白能结合到编码纤维素酶、阿拉伯糖苷酶、鼠李糖醛酸酶、鼠李糖半乳糖醛酸乙酰乙酯酶、果胶酯酶、木聚糖酶、阿铁酰酯酶B和乙酰木聚糖酯酶基因的启动子区并直接激活它们的表达^［40］。粗糙脉孢菌VIB-1蛋白参与调控异核体不兼容导致的细胞死亡过程。vib-1缺失会抑制HET结构域基因的表达，从而引起异核体不兼容，导致细胞的死亡^［5，62］，转录组数据分析发现，至少有56个HET基因的表达依赖于VIB-1蛋白^［40］。

Liu等^［42］的研究表明，VIB-1通过调控粗糙脉孢菌过氧化氢酶CAT-3的表达参与维持菌丝的ROS稳态。vib‐1缺失菌株呈现H₂O₂敏感表型及cat‐3基因表达水平显著降低的表型^［42］。异位过表达VIB-1不仅能回补vib‐1缺失菌株的H₂O₂的敏感表型及cat‐3基因的低表达，而且可显著提升野生型菌株中CAT-3蛋白水平、CAT-3酶活及菌株对H₂O₂胁迫的抗性^［42］。可见，VIB-1以剂量依赖的方式正向调节cat‐3基因的表达。对VIB-1蛋白DNA结合结构域的系列突变分析发现，其结合DNA的能力是激活cat‐3基因表达的关键^［42］。不同于酿酒酵母Ndt80蛋白，粗糙脉孢菌VIB-1的过表达不能激活自身编码基因vib‐1的表达。进一步分子机制解析发现，过表达VIB-1蛋白可绕过上游其他激活因子对cat‐3表达的调控，可能是因为VIB-1与通用转录因子GTF和Mediator复合物相互作用，促进前起始复合物的组装，从而有助于移除组蛋白变体H2A·Z的抑制作用或直接移除cat‐3基因TSS位点的核小体激活靶基因^［42］。

5　结论与展望

Ndt80-like蛋白是真菌生长发育的重要因子，广泛参与有性生殖、减数分裂、环境营养感知和细胞代谢重塑等方面的生理过程：1）Ndt80-like蛋白DNA结合结构域高度保守，激活结构域高度可变。高度保守的DNA结合结构域确保了其DNA结合能力的可靠性，为其转录因子活性奠定了必要基础；同时高度可变的激活结构域是其功能多样性的重要成因，不同类型的激活结构域赋予其丰富的细胞功能。2）真菌Ndt80-like蛋白是调控有性生殖和减数分裂的关键因子。在生殖细胞形成过程中，不同Ndt80-like蛋白相互调控的同时，又可调控众多减数分裂相关因子的表达，形成复杂的调控网络。这种复杂的调控机制确保真菌能快速响应各类营养信号，快速完成繁衍。3）Ndt80-like蛋白通过整合营养信号来调控真菌的发育和环境适应性。感知环境营养并重塑细胞代谢是真菌适应环境、维持生存的重要机制，Ndt80-like蛋白是调控真菌适应环境的重要因子。

真菌通过形态分化和灵活代谢的方式形成对多维环境的适应策略，这种多样性的适应策略使其能够占据从极端环境到不同类型生物体内的生态位，成为生态系统的关键调控物种。然而，由于真菌这种极强的环境适应性，使得对真菌病害的防治难度一直非常大。因此今后应重点开展以下几方面研究：1）Ndt80-like蛋白作为真菌适应环境变化的核心调控因子，通过整合营养信号和胁迫响应通路，广泛调控代谢、有性生殖和毒力相关基因表达，Ndt80-like蛋白可以作为真菌相关病害防治的潜在靶点。核盘菌的Ndt80-like蛋白编码基因Ndt80已经被开发成新型杀菌剂的重要候选靶标，可用于抗菌核病药剂的设计和筛选^［31］。2）不同真菌中Ndt80-like蛋白编码基因的数量差异较大，表现出高度的物种特异性^［44］，来自不同物种的Ndt80-like蛋白或同一物种的不同Ndt80-like蛋白之间的功能同样差异巨大，它们广泛参与环境营养感知、菌丝生长和孢子发育、代谢调控和环境适应等过程，因此，可将其作为特异性靶点进行尝试性研究。对于稻瘟病菌和禾谷镰孢菌等致病性真菌，Ndt80-like蛋白可以作为“减毒疫苗”开发重要靶点；对于白色念珠菌和隐球菌等动物致病性真菌，Ndt80-like可作为小分子抑制剂开发或联合给药靶点。3）在酿酒酵母、克鲁维酵母和嗜热毁丝霉等工业生产菌株中，Ndt80-like蛋白的改造能有效提升菌株的抗逆性及相关蛋白酶的产量。综上，对于Ndt80-like蛋白的功能和作用机制的深入研究，将为动、植物真菌病害防控及高效工业生产底盘菌株的开发和应用提供理论基础。

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基金资助

国家重点研发计划(2018YFA0900500)