锌指转录因子NsdC调控米曲霉菌丝分支、分生孢子形成及菌团形态的机制研究

本研究针对丝状真菌米曲霉(Aspergillus oryzae)在工业发酵中存在的形态学挑战，通过基因编辑技术揭示了Cys2-His2锌指转录因子NsdC对菌丝超分支、分生孢子形成及菌团宏观形态的负调控作用。研究发现ΔnsdC突变体虽表现出10倍于野生型的分生孢子产量和BrlA转录因子过表达，但菌丝超分支并未显著提升重组人溶菌酶(HLY)分泌效率，为真菌形态工程优化提供了重要理论依据。

　　

在食品工业和生物制药领域，米曲霉(Aspergillus oryzae)因其卓越的蛋白分泌能力被誉为"细胞工厂"。然而这个微生物"工匠"在发酵罐中常陷入形态学困境——摇瓶培养时形成的致密菌团会阻碍内部细胞获取氧气，而搅拌式生物反应器中分散的菌丝网络又会导致培养液粘度过高。更令人困扰的是，虽然理论上菌丝尖端(Spitzenk?rper)和隔膜(septa)是蛋白分泌热点区域，但如何通过调控微观形态提升生产效率仍是未解之谜。

新加坡科技研究局(A*STAR)的Hui Ting Chu团队在《Fungal Genetics and Biology》发表的研究，首次系统解析了保守转录因子NsdC对米曲霉多维度形态的调控机制。研究人员采用CRISPR/Cas9基因编辑构建ΔnsdC突变体，通过表型分析、qPCR和蛋白分泌检测等技术，发现这个Cys₂-His₂锌指蛋白如同形态"总开关"：缺失后导致分生孢子产量激增10倍，BrlA(分生孢子发育主调控因子)表达上调，菌丝呈现超分支形态，菌团由紧凑型变为松散大颗粒。但出人意料的是，重组人溶菌酶(HLY)分泌量却未见提升，提示氧气扩散限制可能抵消了超分支的潜在优势。

关键实验技术
研究采用CRISPR/Cas9系统构建基因敲除株，以人溶菌酶(HLY)为报告基因通过比浊法检测分泌效率，结合表型显微观察、qPCR分析BrlA等基因表达，并利用5×DPY培养基进行蛋白生产评估。

NsdC调控分生孢子发育
ΔnsdC突变体表现出早熟的分生孢子发育表型，BrlA表达量显著升高，证实NsdC在米曲霉中保守地负调控无性繁殖途径，这与先前在黄曲霉(A. flavus)中的发现一致。

菌丝形态双重调控
显微观察显示突变体菌丝分支频率显著增加，但蛋白分泌活性位点(尖端和隔膜)的增加并未转化为HLY产量提升，挑战了"超分支必然增强分泌"的传统认知。

菌团宏观形态重构
在工业发酵常用的5×DPY培养基中，野生型形成紧密菌球，而突变体产生松散大菌团，这种形态差异为研究氧扩散与分泌效率的关系提供了理想模型。

讨论与展望
该研究不仅确立了NsdC作为米曲霉形态发育的核心调控因子，更揭示了形态工程中的复杂权衡关系。特别值得注意的是，NsdC在构巢曲霉(A. nidulans)和烟曲霉(A. fumigatus)中已知调控有性发育和钙耐受性，本研究则拓展了其在工业菌株中的应用维度。作者提出后续研究应聚焦菌团内部氧扩散动力学，并探索NsdC下游靶基因网络，为设计"形态-分泌"最优平衡的工程菌株提供路线图。这项发现对实现丝状真菌发酵过程的精准调控具有重要指导价值。