HOG1シグナリング経路の転写因子Aomsn2の同定とArthrobotrys oligosporaにおける菌類の成長、発達、病原性への寄与
Hog1シグナル経路における転写因子AoMsn2の真菌成長、発育、および病原性への役割
背景紹介
植物寄生線虫は毎年農業に大きな損害を与えており、線虫捕捉菌（Nematode-Trapping Fungi, NT fungi）は、特殊な捕捉構造を形成して線虫を捕獲する能力を持つため、真菌と線虫の相互作用を研究するモデル生物として注目されています。Arthrobotrys oligosporaはその代表的なNT真菌の一つで、粘着性ネットを形成して線虫を捕捉し殺す能力を持っています。これまでの研究で、高浸透圧グリセロール（Hog1）シグナル経路がA. oligosporaの浸透調節や殺線虫活性に重要な役割を果たすことが示されていました。しかし、Hog1シグナル経路の下流にある転写因子のNT真菌における機能はまだ明らかになっていません。そこで、本研究はAoMsn2——Hog1シグナル経路の下流にある転写因子——のA. oligosporaにおける機能とその潜在的制御ネットワークを探ることを目的としています。
論文の出典
本研究は、Qianqian Liu, Kexin Jiang, Shipeng Duan, Na Zhao, Yanmei Shen, Lirong Zhu, Ke-Qin Zhang, Jinkui Yangらによって執筆され、彼らは雲南大学生命科学学院と雲南省微生物多様性教育部重点実験室に所属しています。この研究は2025年にJournal of Advanced Researchに掲載され、論文のタイトルは《Identification of a Transcription Factor AoMsn2 of the HOG1 Signaling Pathway Contributes to Fungal Growth, Development and Pathogenicity in Arthrobotrys oligospora》です。
研究の流れ
1. AoMsn2遺伝子の配列解析と系統解析
研究者らはまずNCBI BlastP検索を使用して、A. oligosporaのゲノムからAoMsn2遺伝子（Aol_s00076g216）を取得しました。等電点と分子量を計算した結果、AoMsn2の分子量は55.12 kDa、等電点は5.79であることがわかりました。その後、多重配列アラインメントと系統解析を行い、AoMsn2が他のNT真菌のMsn2ホモログと高い配列相同性（87.9%–96.2%）を示す一方、糸状菌のホモログとは低い相同性（24.2%–29.0%）しか示さないことを明らかにしました。
2. AoMsn2遺伝子ノックアウト変異体の構築
AoMsn2のA. oligosporaにおける機能を研究するため、研究者らは相同組換え戦略を用いてAoMsn2遺伝子ノックアウト変異体を構築しました。まず、PCR増幅によってAoMsn2遺伝子の両側配列を取得し、それをヒグロマイシン耐性遺伝子（hph）と連結し、最終的に酵母形質転換とプロトプラスト形質転換技術を用いてAoMsn2変異体を構築しました。その後、サザンブロット解析によって変異体の構築をさらに確認しました。
3. 表現型実験
研究者らは、野生型（WT）とAoMsn2変異体のPDA、TYGA、TG培地における菌糸成長、分生子形成、捕捉構造形成、および線虫捕食効率を詳細に観察し、定量的に分析しました。その結果、AoMsn2変異体では菌糸成長が著しく遅くなり、分生子の産生量と発芽率が著しく低下し、捕捉構造の形成と線虫捕食効率も大きく影響を受けることが明らかになりました。
4. ストレス応答実験
AoMsn2のストレス応答における役割を探るため、研究者らはWTと変異体を異なるストレス剤（過酸化水素、NaCl、ソルビトールなど）を含む培地で培養し、その成長を観察しました。結果、AoMsn2変異体は酸化ストレスと浸透圧ストレスに対する感受性が著しく増加していることがわかりました。
5. 脂質代謝とオートファジー関連実験
BODIPY染色と透過型電子顕微鏡（TEM）観察により、研究者らはAoMsn2変異体において脂質滴（LDs）が著しく蓄積し、脂質滴の体積が増加していることを発見しました。さらに、変異体は異なる脂肪酸を含む培地での成長が著しく制限され、AoMsn2が脂質代謝において重要な役割を果たしていることが示されました。また、MDC染色とトランスクリプトーム解析により、AoMsn2がオートファジー経路の制御にも関与していることが明らかになりました。
6. トランスクリプトームとメタボローム解析
AoMsn2の制御ネットワークをさらに解明するため、研究者らはWTと変異体に対してRNAシーケンシングとメタボローム解析を行いました。その結果、AoMsn2変異体ではグリセロール脂質代謝や脂肪酸合成など、さまざまな代謝経路が著しくダウンレギュレーションされており、A. oligospora特有の二次代謝産物であるArthrobotrisinsの合成が著しく増加していることが明らかになりました。
7. 酵母ツーハイブリッド実験
酵母ツーハイブリッド実験を通じて、研究者らはAoMsn2が複数のタンパク質（Aohog1、AoMcm1、AoArc18など）と相互作用することを明らかにし、AoMsn2のタンパク質相互作用ネットワークを描きました。
研究結果と結論
1. AoMsn2は菌糸成長と発育を制御する
研究により、AoMsn2変異体では菌糸成長が著しく遅くなり、菌糸細胞が膨張し、隔壁距離が短くなることがわかりました。さらに、変異体では細胞核の数が著しく減少しており、AoMsn2が菌糸成長と形態発育において重要な役割を果たしていることが示されました。
2. AoMsn2は分生子形成と発芽を制御する
AoMsn2変異体では分生子の産生量と発芽率が著しく低下し、分生子形成に関与する複数の遺伝子の発現が著しくダウンレギュレーションされていることが明らかになりました。これは、AoMsn2が分生子形成において重要な役割を果たしていることを示しています。
3. AoMsn2は捕捉構造形成と線虫捕食効率を制御する
AoMsn2変異体では捕捉構造形成能力が著しく低下し、線虫捕食効率も大きく影響を受けました。これは、AoMsn2が線虫捕食プロセスにおいて重要な役割を果たしていることを示しています。
4. AoMsn2はストレス応答を制御する
AoMsn2変異体は酸化ストレスと浸透圧ストレスに対する感受性が著しく増加し、AoMsn2が真菌のストレス応答において重要な役割を果たしていることが示されました。
5. AoMsn2は脂質代謝とオートファジーを制御する
AoMsn2変異体では脂質滴が著しく蓄積し、脂肪酸を含む培地での成長が制限されました。これは、AoMsn2が脂質代謝において重要な役割を果たしていることを示しています。さらに、変異体ではオートファジー経路も影響を受けており、AoMsn2がオートファジー制御において重要な役割を果たしていることが明らかになりました。
6. AoMsn2は二次代謝産物の合成を制御する
メタボローム解析により、AoMsn2変異体ではArthrobotrisinsの量が著しく増加していることが明らかになりました。これは、AoMsn2が二次代謝産物の合成において制御的役割を果たしていることを示しています。
研究の意義と価値
本研究は初めてAoMsn2のA. oligosporaにおける多機能性を体系的に明らかにし、菌糸成長、分生子形成、捕捉構造形成、線虫捕食効率、および脂質代謝とオートファジーにおけるその重要な役割を明確にしました。トランスクリプトームとメタボローム解析を通じて、研究者らはAoMsn2の潜在的制御ネットワークをさらに解明し、NT真菌の形態発生と環境適応メカニズムを理解するための重要な分子基盤を提供しました。さらに、研究結果は効果的な線虫生物防除戦略の開発に理論的根拠を提供しています。
研究のハイライト
- AoMsn2のA. oligosporaにおける多機能性が初めて体系的に明らかにされました。
- トランスクリプトームとメタボローム解析を通じて、AoMsn2の潜在的制御ネットワークが明らかになりました。
- 研究はNT真菌の形態発生と環境適応メカニズムを理解するための重要な分子基盤を提供しています。
- 研究結果は効果的な線虫生物防除戦略の開発に理論的根拠を提供しています。