综述：真菌中G蛋白的结构组成与功能多样性

这篇综述系统阐述了异源三聚体G蛋白（Gα、Gβ、Gγ）在真菌信号转导中的核心作用，揭示了其通过cAMP/PKA和MAPK等通路调控营养生长、碳源感知、生殖发育及致病性的分子机制，为探索不同真菌G蛋白信号通路的共性与特性提供了理论基础。

　　

真菌中G蛋白的结构组成与功能多样性

引言

在真核生物中，G蛋白及其相关信号通路参与多种生物学过程。自1993年在粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）中首次发现G蛋白信号以来，其功能已在越来越多的真菌中得到验证。G蛋白信号是真核生物中广泛存在的跨膜信号通路，主要包括G蛋白偶联受体（GPCRs）、异源三聚体G蛋白（G蛋白）、下游效应分子和G蛋白信号调节蛋白（RGSs）。GPCR是一种定位于质膜的蛋白质，具有七个跨膜螺旋结构。当它与细胞外信号分子相互作用时，GPCR的构象会发生变化，从而将信号传递至细胞内G蛋白。

G蛋白的组成

真菌中的G蛋白由α（Gα）、β（Gβ）和γ（Gγ）三个亚基组成。Gα亚基可进一步分为三类（I、II和III），但大多数真菌仅预测有一个Gβ或Gγ亚基。值得注意的是，某些真菌偏离了这一模式，例如玉米黑粉菌（Ustilago maydis）和黄曲霉（Aspergillus flavus）有四个Gα亚基，而新型隐球菌（Cryptococcus neoformans）有两个Gγ亚基。令人惊讶的是，卷枝毛霉（Mucor circinelloides）含有真菌界中数量最多的G蛋白亚基：12个Gα（McGpa1–12）、3个Gβ（McGpb1–3）和3个Gγ（McGpg1–3）。

G蛋白的功能多样性

1. 生殖发育中的作用

在酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中，G蛋白在交配过程中传递信息素信号。信息素受体Ste2和Ste3分别与a因子和α因子结合，触发下游G蛋白复合物的激活，该复合物由Gα亚基（Gpa1）和Gβγ二聚体（Ste4–Ste18）组成。这种激活通过MAPK信号通路启动磷酸化级联反应，最终建立膜融合能力并准备单倍体细胞形成二倍体。

在新型隐球菌中，G蛋白通过cAMP和MAPK信号通路介导信息素反应。Gpb1与Gpa2、信息素受体同源物Ste3α和RGS蛋白Crg1相互作用，在早期交配事件、接合管和细胞融合中介导信息素反应。Gpa1和Crg2通过腺苷酸环化酶Cac1调节信息素反应。

在粗糙脉孢菌中，G蛋白调控无性孢子的产生。在固体培养基上，Δgna-1突变体的气生菌丝表现出异常肿胀并分化为粘附菌丝，导致大分生孢子产生缺陷。Δgna-3、Δgnb-1、Δgng-1和Δgnb-1Δgng-1突变体表现出较短的气生菌丝和大分生孢子数量增加。

2. 营养生长的作用

在粗糙脉孢菌中，敲除所有Gα亚基基因或单独删除gna-1和gna-3会损害顶端生长，Δgna-1在高渗透压和玻璃纸膜上表现出更明显的生长缺陷。Gβ亚基GNB-1对顶端生长没有影响，但敲除菌株在固体培养基上的质量积累显著增加。

在构巢曲霉（Aspergillus nidulans）中，RGS蛋白FlbA、SfaD和GpgA通过cAMP通路正向调节菌丝增殖。ΔganB菌株的生长速率没有显著变化，但持续激活突变体的生长速率和生物量积累显著降低。

3. 碳源感知的作用

在酿酒酵母中，Gpr1-Gpa2-cAMP信号转导通路调节葡萄糖感知机制。在构巢曲霉中，GanB/SfaD/GpgA正向调节cAMP/PKA通路以响应葡萄糖诱导，启动海藻糖分解和随后的萌发事件。

4. 致病性的作用

在新型隐球菌中，Gα亚基Gpa1作为协调交配过程和毒力因子（荚膜和黑色素）诱导的关键信号传感器。外源cAMP补充可补救gpa1缺失突变体的交配缺陷并恢复致病性。

在灰葡萄孢（Botrytis cinerea）中，Bcg1（GαI）的缺失会停止孢子萌发和植物表面组织穿透后的感染过程。Δbcgb1（Gβ）突变体中感染垫的形成延迟，接种菌丝块到叶片上产生的病斑大小比野生型减少50%以上。

5. 纤维素酶活性的作用

在粗糙脉孢菌中，Δgna-1、Δgna-3、Δgnb-1、Δgng-1和Δcpc-2突变体表现出纤维素酶活性的完全丧失，Δgna-1、Δgna-3和Δgnb-1菌株也显示出编码纤维素酶的基因mRNA水平降低。

结论与展望

G蛋白是真核生物信号通路的重要组成部分，在真菌的营养生长、碳源感知、生殖发育和致病性等多种生物学过程中发挥关键作用。尽管对各种模式真菌进行了广泛研究，但许多其他真菌中G蛋白的功能与下游通路的联系不足，其主要调控机制仍不清楚。未来研究应聚焦于阐明不同真菌物种中G蛋白的功能多样性和调控机制，这将提高我们对G蛋白在真菌生物学中作用的理解，并为开发控制真菌病原体的新靶点奠定基础。