非整倍性赋予白色念珠菌独特的转录和表型特征：揭示基因组失衡的适应性代价与收益

《Nature Communications》：

编辑推荐：本研究通过构建白色念珠菌（Candida albicans）非整倍体菌株库，首次系统揭示基因表达与染色体拷贝数的线性关系，发现独立于环境应激的非整倍体特异性转录响应（ASR），阐明其通过氧化还原失衡和细胞壁重塑介导的适应性机制，为理解真菌耐药性和宿主定植提供新视角。

　　在微生物进化与医学真菌学领域，非整倍性（aneuploidy）作为基因组不稳定的主要表现形式，长期以来被视为适应性进化的双刃剑。白色念珠菌（Candida albicans）作为重要的人类共生-致病双态真菌，其临床分离株中高频出现的非整倍体现象与抗真菌药物耐药性、宿主环境适应密切相关。然而，这种染色体数目变异如何系统性影响基因表达网络，以及是否存在跨菌株保守的应激响应机制，始终是未解之谜。美国布朗大学Matthew Z. Anderson团队联合博德研究所Christina A. Cuomo等机构，通过构建包含36种核型的非整倍体菌株库，结合多组学分析和表型筛选，首次绘制了白色念珠菌非整倍性的全局分子图谱。

研究采用三项关键技术：1）通过parasexual cycle（准性生殖循环）诱导四倍体菌株发生concerted chromosome loss（CCL）产生多样化非整倍体后代；2）ddRAD-Seq（双酶切限制性位点关联DNA测序）精准鉴定染色体拷贝数变异；3）跨菌株RNA-Seq转录组分析揭示非整倍体特异性表达谱。临床分离株（19F、P78042等）的验证性分析增强了结论的普适性。

研究结果首先在"基因表达与相对拷贝数相关"部分揭示：所有36株非整倍体菌株中，三体染色体（trisomic chromosomes）基因表达中位数较二体染色体（disomic chromosomes）增加1.46倍（p<2.2E-16），临床分离株的片段性扩增（segmental amplifications）同样遵循该线性关系。值得注意的是，Mediator复合体等49个关键蛋白复合物亚基未出现剂量补偿效应，暗示非整倍体可能导致蛋白稳态失衡。

"非整倍体诱导的独特转录响应"部分发现：通过比较二体染色体基因表达差异，鉴定出557个非整倍体应激响应（ASR）核心基因，其中86%表达上调。热休克蛋白（HSP21表达增加600倍）和细胞壁重塑基因（RBT5、RBRI）显著激活，而高亲和力葡萄糖转运体（HGT家族）表达抑制。GO分析显示ASR显著富集于氧化还原平衡（cell redox homeostasis）和粘附过程，与经典的environmental stress response（ESR）仅9个基因重叠，证实其独特性。

"氧化还原失衡与氧化应激敏感性"部分阐明：非整倍体菌株胞内活性氧（ROS）水平降低4倍，但pre-sporulation培养基诱导的内源性ROS导致93.8%细胞死亡（p<0.001）。外源H₂O₂处理显示，80%非整倍体菌株在40mM H₂O₂下存活率显著低于二倍体（p<0.05），表明ROS清除系统过载。

在"表型异质性"方面，携带Chr2三体的菌株表现出最强凝集性（flocculation），而Chr5/R三体菌株对氟康唑（fluconazole）耐受性增强，印证特定染色体的适应性优势。值得注意的是，四倍体菌株未呈现ASR特征，证实该响应特异于染色体失衡而非单纯DNA含量增加。

这项研究开创性地揭示：白色念珠菌通过进化出精简的ASR机制（仅涉及557个基因）来平衡非整倍性的适应性代价，其通过下调代谢相关基因表达换取氧化应激防御系统的激活。该发现为理解真菌基因组可塑性提供新范式：相较于酿酒酵母（S. cerevisiae）中保守的ESR响应，白色念珠菌可能通过限制应激通路激活范围来维持基础适应力。临床分离株中高频出现的Chr7三体（与肠道定植相关）和Chr5三体（与唑类耐药相关）等现象，提示ASR可能是真菌在宿主压力下实现快速适应的进化策略。未来研究可聚焦非整倍体在宿主-真菌互作中的动态变化规律，以及ASR关键节点作为抗真菌药物新靶标的潜力。