前言
文章标题：Regulatory adaptation of an accessory gene controls fungal halotolerance and niche expansion.
期刊：The ISME journal
发表年月：2026.01
影响因子：10.2
土壤盐渍化是限制土地资源利用、制约农业生产的全球性难题。长期以来，研究者聚焦真菌核心功能基因解析逆境适应机制，却常常容易忽略附属（辅助）基因在环境适应性进化里的关键作用。近日，沈其荣院士团队在The ISME Journal发表研究，揭示木霉可依靠单一辅助基因gld1的转录调控变异，获得强大耐盐能力、成功进军高盐滨海生境，为解析真菌生态位扩张的分子逻辑提供了全新的思路，同时也为耐盐功能菌剂的开发储备了宝贵靶点。
本研究中的酵母逆境筛选服务由南京瑞源生物提供技术支持
沿海调查揭示了木霉属多样性有限，且频繁检出耐盐性木（Trichoderma asperelloides）
为评估木霉菌（Trichoderma）在陆地与海洋生态过渡带的生态分布及其耐盐性，作者在不同沿海地区取样检测菌株类型以及盐相关指标，结合生长试验表明，棘孢木霉菌（T. asperelloides）表现出最广泛的盐度范围，且具有固有耐盐性的物种。因此后续选择X01119菌株作为代表性模型，以解析其耐盐性的遗传基础（图1）
图1 沿海样带木霉菌多样性与耐盐性
功能筛选鉴定了Trichoderma asperelloides X01119
中耐盐性所需的醛酮还原酶
为揭示耐盐性的遗传基础，作者针对盐胁迫（0.8 M NaCl）条件下培养的T. asperelloides菌株X01119中构建了盐诱导的cDNA文库，转化至酵母中在对应的条件下进行酵母逆境筛选和转录组联合分析，最后发现在高盐条件下获得了62株稳定的转化子，这些候选基因包括翻译和核糖体稳定功能、核心应激生理功能、膜功能与稳态维持以及信号传导/调控功能等相关基因。
通过构建突变体和表型分析发现仅有一个基因被确认与醛-酮还原酶gld1同源：删除KAL9473219基因后，NaCl处理下生长明显受抑制，而将野生型等位基因补加后，耐盐性完全恢复，表明该基因对盐胁迫培养基中的生长至关重要。
还有两个突变体（KAL9471413和KAL9476955）在缺乏盐添加的PDA培养基上无法生长，因此被排除于后续分析之外。结果表明，gld1是T. asperelloides X01119中渗透胁迫耐受性的重要因子（图2）。
图2 功能筛选鉴定gld为棘孢木霉菌耐盐性
必需基因
GLD1是耐盐性所必需的，
反映了真菌醛酮还原酶的动态进化
研究通过大规模真菌基因组分析，系统解析了醛-酮还原酶（AKR）家族的进化特征。结果显示，GLD1属于AKR家族A，各AKR分支功能、物种分布存在明显差异。
进化选择分析表明，木霉的gld1基因高度保守。木霉gld1的蛋白编码序列几乎无变异，受严格的纯化选择。真正决定菌株耐盐差异的关键，并非基因结构改变，而是启动子调控差异。启动子置换实验证实，耐盐拟棘孢木霉的gld1启动子，能显著提升弱耐盐菌株的基因表达水平，大幅增强菌株耐盐性，证明调控适应是木霉耐盐进化的核心。
功能验证表明，gld1介导一条区别于经典通路的新型辅助甘油合成途径，是木霉耐盐的关键功能基因。盐胁迫下，只有gld1会发生数百倍特异性高表达，敲除后菌株耐盐能力急剧下降；而敲除经典甘油合成基因及其他AKR家族基因，均不会影响耐盐性，直接证实了GLD1的核心功能。
分子机制上，gld1是保守HOG高渗信号通路的下游关键基因，仅特异性响应盐胁迫、渗透胁迫，不参与氧化胁迫应答。相较于普通木霉gld1仅短暂激活表达，耐盐拟棘孢木霉可长期维持gld1高表达，持续合成甘油、维持正常生长，完美适配盐碱地波动的胁迫环境。
综上，这些发现确立了 GLD1 是 T. asperelloides X01119 耐盐性所必需的辅助甘油生物合成途径的关键组成部分，并揭示了 AKR 基因家族的多样化可能促进了真菌对瞬时和盐碱栖息地的适应（图3）。
图3 AKRs在甘油生物
合成和耐盐性中的系统发育与功能背景
gld1基因在盐胁迫下对
T. asperelloides的适应性至关重要
之后，作者在研究突破传统ITS测序的物种分辨局限，采用特异性rpb2基因扩增测序技术，精准区分近缘菌种，精准解析真菌群落结构变化。实验将野生型木霉、gld1缺失突变体、基因回补菌株，接入由20株沿海真菌分离株及7株参考菌株组成的复合菌群，开展共生培养实验。
群落定量结果显示，盐胁迫是影响木霉菌群丰度的核心因素。无盐环境下，不同木霉菌株竞争优势差异较小；但在盐胁迫条件下，野生型拟棘孢木霉可快速占据生态优势，成为群落优势菌种。反观gld1突变株，在盐胁迫环境中完全丧失竞争能力，优势生态位被其他木霉取代；而回补gld1基因后，菌株的耐盐竞争优势可完全恢复。
该微生态实验有力证实，gld1是拟棘孢木霉在盐碱土壤中存活、竞争并实现生态位扩张的核心功能基因，是其适应高盐滨海生境的关键生态决定因子（图4）。
图4 gld1基因决定了T. asperelloides在
盐碱土壤微环境中的竞争适应能力
T.richoderma asperelloides在土壤/根际
环境中具有反复恢复的特性
研究人员挖掘公共数据库，整理得到568条全球范围内的拟棘孢木霉有效菌株信息。
从现有数据来看，拟棘孢木霉近乎全球分布，高发于热带、亚热带与暖温带区域，土壤与植物根际是它最主要的天然生存环境，滨海生境也是它重要的栖息位点之一。
基于tef1序列构建单倍型网络发现：本次实验获得的中国沿海耐盐菌株，并没有分化成一个单独的沿海特有谱系，而是归属于该物种广阔的遗传多样性之内。
这说明耐盐能力并不是某一支特殊沿海变种独有的性状，该物种本身就具备进化出盐适应表型的遗传潜力，文章选用的X01119菌株，是解析这套耐盐分子机制非常合适的模式材料（图5）。作者认为沿海地区的恢复能力和耐盐性表型在所测试的拟棘孢木霉代表株中是普遍存在的，而菌株 X01119 提供了进行机制分析的实验可行模型。
图5 T. asperelloides的全球分布、
tef1单倍型结构及来源元数据
总体而言，该研究依托转录组差异分析与酵母逆境筛选体系的精准挖掘，层层解锁了拟棘孢木霉耐盐适应与生态位扩张的全新分子机制。不同于传统认知中基因编码变异驱动物种进化，研究通过多组学筛选锁定核心辅助基因gld1，证实真菌仅通过gld1启动子调控重塑，即可激活独立的辅助甘油合成通路，依托保守的HOG信号通路实现高效盐胁迫应答。从酵母功能验证、转录组表达解析、菌株进化分析，到微生态竞争验证、全球种群溯源，多维度实验相互佐证，明确了非核心辅助基因的调控进化，是真菌突破生存边界、适配盐碱极端生境的核心关键。该研究充分凸显了转录组筛选与异源酵母逆境功能验证在挖掘微生物抗逆基因中的核心价值，不仅刷新了人们对微生物逆境适应进化的认知，也为耐盐功能菌株筛选、盐碱地生物改良及生防菌生态应用提供了全新的理论依据和靶标资源。
转录组差异筛选+酵母逆境功能验证是挖掘未知抗逆基因、解析调控新通路的核心关键，也是高分微生物机制研究的主流组合技术。我司现推出转录组+酵母逆境筛选联合特惠活动，可一站式完成差异基因挖掘、候选基因筛选、逆境表型验证全套实验，精准锁定抗逆响应核心基因，高效助力机制课题攻坚与高分文章发表。