有性生殖是真核生物进化的重要推动力,极大地促进了生物多样性的形成。病原性念珠菌是临床上常见的真菌病原体(图1),不仅可以引起人体口腔和生殖道等黏膜组织感染,在免疫缺陷人群中还能导致严重的血液或深部器官感染。据估计,全球每年因念珠菌侵袭性感染导致的死亡人数将近100万,病死率超过40%。2022年世界卫生组织发布的首份真菌病原体清单中包含六种念珠菌物种,即白念珠菌(Candida albicans)、耳念珠菌(Candida auris)、光滑念珠菌(Candida glabrata)、热带念珠菌(Candida tropicalis)、近平滑念珠菌(Candida parapsilosis)和克柔念珠菌(Candida krusei)。尽管大部分病原性念珠菌缺乏经典的有性生殖周期,但部分物种如白念珠菌和热带念珠菌等能够进行交配,并以一种准性生殖的模式促进物种进化和遗传多样性形成。

图1. 致病性念珠菌属物种的进化关系。右侧图示菌株的致病性、倍性、交配和减数分裂能力。CTG, the CTG clade (CTG分支菌株将CTG密码子翻译为丝氨酸而不是亮氨酸); Deb, Debaryomyces; Met, Metschnikowia; WGD, the WGD lineage; FPPL, WHO Fungal Priority Pathogens List
受杜克大学Joseph Heitman院士的邀请,黄广华教授团队和其合作者西南大学曹承俊研究员共同在美国微生物学会杂志Microbiology and Molecular Biology Reviews (MMBR)上在线发表综述文章“Genetic and environmental control of parasexual reproduction in the pathogenic Candida species”。该论文系统阐述了病原性念珠菌准性生殖的研究历史、现状和未来;深入讨论了白念珠菌和热带念珠菌形态转换与准性生殖的关系、物种特异性表型以及交配的遗传和环境调控机制(图2),全面分析了耳念珠菌和光滑念珠菌等非白念珠菌病原体的交配潜能,并提出了念珠菌准性生殖研究领域中有待解决的重要科学问题。

图 2. 环境因子调控白念珠菌同宗和异宗交配。(A)在白念珠菌的异宗配合过程中,营养物质通过 cAMP/PKA 途径调控交配相关基因表达。酸性 pH 值抑制 MTLa菌株opaque细胞中MFA1 和STE2 的表达。(B)葡萄糖饥饿、氧化应激和大气湿度调节白念珠菌的同宗交配
与模式生物酿酒酵母MAT基因座类似,病原性念珠菌基因组中也存在交配基因座(MTL)。交配基因座MTLa和MTLα相关基因通过信息素介导的MAPK途径调控交配过程。不同的是,白念珠菌和热带念珠菌等物种通常以二倍体形式存在于自然界中,交配形成四倍体细胞。四倍体交配子不能进行减数分裂,而是以染色体协同丢失的方式回到二倍体,从而完成准性生殖周期。更有意思的是,white-opaque形态转换参与白念珠菌和热带念珠菌等物种的交配调控。在常规的培养条件下,opaque细胞交配效率比white细胞高100万倍。病原性念珠菌独特的交配调控方式展示了自然界中有性生殖过程的多样性,这种多样性也可能是其长期进化中生态和宿主环境适应的结果。
西南大学研究员曹承俊、复旦大学副教授陶丽和上海市肺科医院胡天任博士为文章的共同第一作者,黄广华教授和曹承俊研究员为共同通讯作者,文章的共同作者还包括上海市肺科医院褚海青教授、美国加州大学Merced分校Austin M. Perry博士和 Clarissa J. Nobile教授。
全文链接:https://journals.asm.org/doi/full/10.1128/mmbr.00002-25