2018-06-13
交叉保护是微生物中的一种常见现象，通过这种现象微生物暴露于轻微的压力下不仅对较高剂量的相同压力产生耐受性，而且还对其他压力产生耐受性。目前交叉保护机制尚未完全了解。本文使用绿僵菌作为模型，显示丙酮酸是一种普遍的应激分子，应激诱导的丙酮酸积累是一种交叉保护机制。作者发现氧化和渗透/盐胁迫会产生丙酮酸积累，这种积累可清除应激诱导的活性氧并促进真菌生长。因此，应激诱导的丙酮酸积累有助于交叉保护。RNA-seq和qRT-PCR分析表明，UV，渗透/盐和氧化应激条件降低了在三氯乙酸循环和发酵途径中导致丙酮酸蓄积的丙酮酸消耗基因的表达水平。
RNA-seq材料：非应激菌丝、UV辐射菌丝、渗透/盐胁迫菌丝、氧化应激菌丝
测序平台：Illumina HiSeq 2500
测序公司：上海派森诺生物技术股份有限公司
作者制备了具有比正常（NH）更高（HH）和更低（LH）丙酮酸水平的热休克WT菌丝，并比较了它们对热休克的耐受性，结果表明丙酮酸促进了热休克菌丝的生长速率，在热休克耐受中起主导作用。
图1 丙酮酸积累在耐热冲击耐受性中起主导作用
热诱导的丙酮酸积累赋予针对多种非生物胁迫的保护作用
作者在之前的研究中（Zhang等，2017）发现短时间（10min）热处理（在本研究中被称为热休克）诱导了丙酮酸和小HSP（MAA_10381）的快速积累。为了区分HSP MAA_10381和丙酮酸在热休克耐受中的作用，构建了MAA_10381的缺失突变体。与非热休克对照相比，在氧化（图2A），OP /盐（图2B）和UV（图2C）胁迫下，热休克预处理的WT和MAA_10381菌丝生长显着更快。热激WT和MAA_10381菌丝之间的生长速率没有显着差异（图2A，B和C）。这些结果表明，热休克增加了菌丝对氧化应激和UV应激及OP /盐胁迫的耐受性，热休克诱导的HSP上调（MAA_010381）不参与这种交叉保护。且比较了三种胁迫下热休克的NH，HH和LH菌丝的生长速率，结果表明热休克诱导的丙酮酸积累降低了对UV，OP /盐和氧化应激的敏感性（图3）。
图2 热休克可诱导抗紫外线、氧化和OP/盐胁迫的交叉保护
图3 丙酮酸积累对热休克引起的抗紫外线，氧化和OP /盐胁迫的交叉保护很重要
UV，氧化和盐胁迫诱导丙酮酸积累
丙酮酸积累是一种防止紫外线，OP /盐和氧化应激的热休克诱导交叉保护机制，作者假设了这三种压力也会引起丙酮酸积累，并通过实验得到了验证（图4）。
图4 三种非生物胁迫下菌丝丙酮酸浓度
进一步的实验表明积累的丙酮酸在OP /盐胁迫、UV辐射、氧化应激下清除ROS并促进真菌生长（图5,6）。
图5 丙酮酸积累在三种非生物胁迫下清除ROSs
图6 丙酮酸的积累在三种非生物胁迫下促进真菌生长
应激诱导丙酮酸积累的机制
为了研究UV，OP /盐和氧化胁迫诱导丙酮酸积累的机制，作者比较了在1 / 2SDY（非胁迫对照），OP /盐胁迫、氧化应激、UV处理下的菌丝体的转录组，从366991个基因中找到635个差异表达的基因，其中35个差异基因是受三种非生物胁迫共同拥有的。其中一种（MAA_09321）编码L-丙酸脱氢酶，其是将丙酮酸发酵成乳酸盐的关键。为了了解三种胁迫对丙酮酸代谢的影响，使用qRT-PCR进一步研究了所有绿僵菌的34个丙酮酸代谢基因的表达水平（图7）。
图7 qRT-PCR分析丙酮酸代谢基因的条件下和三个非生物胁迫
用OP /盐或氧化应激进行预处理可以抵抗其他非生物胁迫的交叉保护
如上所述，丙酮酸积累有助于热休克诱导的抗UV，OP /盐和氧化应激的交叉保护，并且这些应激也诱导丙酮酸积累。因此，作者又研究了OP /盐，氧化或UV胁迫条件与菌丝对多种胁迫的耐受性的关系，表明用OP /盐或氧化应激进行预处理可以抵抗其他非生物胁迫的交叉保护。
图8 由OP/盐、氧化或UV辐射胁迫条件引起的交叉保护
参考文献：Zhang X, St Leger RJ, Fang W，Stress-induced pyruvate accumulation contributes to cross protection in a fungus. Environ Microbiol. 2018 Mar;20(3):1158-1169.
影响因子：5.395
