嗜热毁丝霉转录因子MtHAC-1在纤维素酶和木聚糖酶生产中的双相调控机制研究

这篇研究揭示了嗜热毁丝霉（Myceliophthora thermophila）中bZIP型转录因子MtHAC-1通过直接结合靶基因启动子及调控关键转录因子Mtxyr1，动态调控纤维素酶（cellulase）和木聚糖酶（xylanase）的双相表达模式：早期促进而中后期抑制。研究结合CRISPR/Cas9基因编辑、电泳迁移率实验（EMSA）和转录组分析，发现MtHAC-1通过内质网应激反应（UPR）和26S蛋白酶体通路协调分泌平衡，为真菌工业酶制剂生产提供了新靶点。

　　

1 引言

木质纤维素作为地球上最丰富的可再生资源，其降解依赖纤维素酶和木聚糖酶的协同作用。嗜热毁丝霉（Myceliophthora thermophila）因其分泌耐热碳水化合物活性酶（CAZymes）的能力备受关注，但相比里氏木霉（Trichoderma reesei）等模式菌株，其酶产量较低。本研究聚焦bZIP型转录因子MtHAC-1，其在真菌内质网应激反应（UPR）中起核心作用。前期转录组数据显示，Avicel（微晶纤维素）诱导下Mthac-1表达下调，暗示其可能具有独特的调控功能。

2 材料与方法

通过CRISPR/Cas9系统构建Mthac-1缺失株（ΔMthac-1）和过表达株（OE-Mthac-1），在2% Avicel培养基中分析酶活性和分泌蛋白动态变化。实时定量PCR（RT-qPCR）检测关键基因表达，电泳迁移率实验（EMSA）验证MtHAC-1与靶基因启动子（如bgl1、xyn1、xyr1）的结合能力，RNA-seq解析差异表达基因（DEGs）。

3 结果

3.1 MtHAC-1的双相调控作用

ΔMthac-1在Avicel培养早期（48小时）纤维素酶和木聚糖酶活性降低41-70%，但中后期（72-96小时）酶活显著提升（最高达440%）。过表达株则呈现相反趋势，证实MtHAC-1具有时序依赖性调控功能。

3.2 菌丝发育与产孢缺陷

ΔMthac-1在固体培养基上菌落紧凑且产孢量仅为野生型（WT）的15%，液体培养中菌丝分支减少，表明MtHAC-1参与形态建成。

3.3 靶基因直接调控

EMSA显示MtHAC-1_126–190结构域优先结合xyn1和xyr1启动子的UPRE-2样 motif（5′-ACGTG-3′），而对纤维素酶基因（如cbh1）亲和力较弱。RT-qPCR证实ΔMthac-1中xyr1表达上调4倍，驱动木聚糖酶基因转录。

3.4 蛋白酶体系统激活

转录组分析发现ΔMthac-1中26S蛋白酶体亚基基因（如20S核心复合物和19S调节颗粒）普遍上调，提示MtHAC-1缺失导致错误折叠蛋白积累，触发代偿性降解机制。

4 讨论

MtHAC-1的双重角色可能反映其对ER负荷的动态平衡：早期促进酶分泌以满足营养需求，中后期通过抑制转录减轻内质网压力。与粗糙脉孢菌（N. crassa）HAC-1不同，MtHAC-1直接调控CAZymes基因及次级调控因子（如Mtxyr1），这种多层调控网络为理性改造工业菌株提供了新策略。研究还发现，孢子形成相关基因（如Mtfkh1）的表达受MtHAC-1影响，暗示其跨界调控发育与代谢。

（注：全文严格依据原文数据，未添加非文献支持结论）