真菌感染是一种可致命的疾病，是临床上一大挑战。一般而言，真菌感染通常不会对健康人群造成太大威胁，主要是影响免疫力弱的人群或病人。可是COVID19肺炎感染的大流行使每个人面临真菌感染风险的几率大大增加。所以，真菌感染很有可能会使得全球新冠疫情雪上加霜。

分生孢子（Conidia or Spores）是致病真菌侵染宿主的主要方式。它们是真菌进行繁殖、传播的主要生殖细胞，每个真菌生长菌落可产生成千上万个孢子。因此，分生孢子在空气中高密度存在。据统计，每立方米可检测到高达数万个孢子，而我们每天可能会吸入几百至上千个孢子。通常情况下，这些孢子会被人体肺泡的巨噬细胞清除，可是，当宿主免疫系统低下时，这些“机会主义者”便会引起病人产生真菌侵染症状。因此，了解分生孢子如何产生及其发芽相关的机理尤其重要。

孢子从其产生、成熟到休眠，整个生物学过程受到严格的调控。孢子具有极强抵抗外界环境的能力，而休眠的分生孢子可存活数年以及数十年之久。有趣的是，多项研究发现，在许多不同真菌中，相同遗传背景的孢子竟然可以呈现异质性。虽然早在几十年前已有相关报道，但其机理却一直未明。

最近研究发现休眠的真菌孢子内存在大量、稳定的mRNA。但这些mRNA是如何产生的呢？这些mRNA的功能又是什么呢？该领域一般认为休眠孢子的mRNA是在无性生殖过程中由其母细胞（Conidiophore）传递而来的。但是，这种想法从未被实验直接证实。这不但引发了该研究作者的好奇心，也引起了其它的疑问，孢子是不是真的休眠了呢？若是，休眠状态又是何时和怎样建立的呢？

面对这些悬而未决的问题，该研究作者假设，如果孢子真正处于休眠状态或是mRNA真的是在无性生殖过程中由其母细胞（Conidiophore）传递而来的，孢子则不会有任何转录活性。基于此，该研究利用免疫共沉淀结合高通量测序技术（ChIPseq）的方法实时监测了在模丝状真菌构巢曲霉（Aspergillus nidulans）和致病真菌烟曲霉（Aspergillus fumigatus）和马尔尼菲篮状菌（Talaromyces marneffei）的母细胞上的分生孢子的转录状态（包括RNA polymerase I, II and II）。

令人惊讶的是，孢子有着极其活跃的转录活性。这出乎意料的结果不但意味着孢子可以合成自己的mRNAs、tRNAs和rRNAs，也代表着尚未与母细胞分离的孢子仍处于活性状态（即：还未休眠）。这一重要发现打破了该领域长久以来的认知，对孢子理解起着范性转移的作用。不仅如此，该研究作者还发现在不同环境生长下的孢子会转录不一样的基因。更重要的是，孢子可以根据环境的改变（如温度变化等）实时转录表达相应的应答基因，直至孢子离开其母细胞后才进入休眠状态。

转录是一个高度耗能的过程。该研究结果显示，随着孢子停留在母细胞的时间越长，其体内的ATP在逐渐降低，直至ATP降至为零（留在母细胞上约40-50天的孢子），同时导致孢子丧失发芽生长活性。“为什么孢子会冒着“死”的风险，如此大费周章地去合成这么多不一样的mRNA呢？”该研究作者王芳提问道。对此，该作者假设孢子表达的mRNA可能对孢子本身或者孢子打破休眠后的生长有具大的帮助和影响。经过一系列不同的实验，不仅证明了这假设，而且发现了两类mRNA存在于孢子中：一类用于孢子内表达蛋白，为孢子自身的蛋白组成、细胞结构和次级代谢产物合成起作用，另一类则用于孢子打破休眠和发芽后进行蛋白表达（见模式图）。

除此以外，该研究进一步揭示了孢子所表达的mRNA对发芽以及后期的生理机能有着重大的作用，包括抗性（抗药和抗压）、次级代谢物合成与分泌以及细胞毒性等。值得强调的是，孢子內的mRNA能夠影响真菌次级代谢产物曲霉素（强致癌物黄曲霉毒素合成的第二前体）和胶霉素（影响真菌毒性的毒素）在曲霉菌孢子发育及生长后期时的生产（见模式图）。这些发现证明了孢子內的mRNA有着前所未知或不可想象的重要性。

真菌孢子实时转录及转录过程对孢子自身丶发芽以及后期生长的生理机能的调控机制模式图（图片源于Nature Microbiology文章Figure 6）。

该研究不仅是迄今为止首次提供直接证据证实孢子内存在转录活性的研究，并揭示了转录活性对孢子适应其生存环境乃至适应其侵染的宿主环境的深远意义。综合该研究发现，孢子在休眠前已做好充分准备来应对多变的自然环境（见卡通图），从而在“互争雄长”的环境中取得“赢在起跑线上”的精准竞争优势，达到“学而优则仕”的目的。

真菌孢子在发育时（通过实时转录）对多变的自然环境做好充分准备的卡通示意图（图片由研究团队提供，林欣莹Samantha Lim画作）。

最后，值得注意的是，该研究的发现不仅为实验室基础研究中孢子的生长条件提出了标准要求，也对工业育种上如何优化菌种提供了坚实的理论和实验依据，同时也强调了临床真菌感染治疗的复杂性。如今，致病真菌烟曲霉（A. fumigatus）所引起的曲霉症正在威胁全球许多COVID19肺炎患者，马尔尼菲篮状菌（T. marneffei）又是特异性引起亚洲东南部国家马尔尼菲病感染的“罪魁祸首”。因此，该研究在这个特殊的背景下有着更加重要的现实意义和应用价值。

该研究获得澳门科学技术发展基金（FDCT），澳门大学研究服务及知识转移办公室以及澳门大学健康科学学院等的支持和基金资助。 

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41564-021-00922-y