丝状真菌里氏木霉（Trichoderma reesei）亚顶端细胞助力菌丝生长的探秘之旅

在丝状真菌研究中，菌丝生长机制备受关注。为探究里氏木霉（T. reesei）亚顶端细胞在菌丝生长中的作用，研究人员开展相关研究。结果发现亚顶端细胞参与分泌、内吞，为顶端生长供物质和酶。这一成果有助于理解真菌生长及工业酶生产。

在真菌的微观世界里，丝状真菌的菌丝生长就像一场神秘的旅程，吸引着众多科研人员的目光。长期以来，科学界普遍认为，丝状真菌的菌丝生长主要依赖于顶端的第一个细胞，它就像队伍的 “排头兵”，独自承担着菌丝延伸的重任。然而，随着研究的深入，一些疑问逐渐浮现：难道亚顶端细胞在这场生长之旅中真的毫无作为吗？它们是否隐藏着不为人知的秘密？为了解开这些谜团，来自英国埃克塞特大学（University of Exeter）和荷兰乌得勒支大学（University of Utrecht）的研究人员踏上了探索之旅，他们将研究聚焦于工业酶生产中常用的里氏木霉（Trichoderma reesei） ，试图揭开亚顶端细胞在菌丝生长过程中的神秘面纱。这项研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解丝状真菌的生长机制带来了新的曙光。

研究人员在此次研究中运用了多种技术方法。在菌株构建方面，通过对里氏木霉野生型菌株 QM6a 进行改造，获得了一系列带有荧光标记的菌株，用于观察细胞结构和物质运输。利用激光共聚焦显微镜技术，能够实时、动态地观察活细胞内细胞器的运动和分布情况。同时，采用激光显微切割技术，精准地损伤特定的亚顶端细胞，以此来研究细胞受损后对菌丝生长的影响。

下面让我们深入了解一下具体的研究结果：

1. 亚顶端细胞支持菌丝尖端生长：研究人员运用激光显微切割技术，对亚顶端细胞进行精准 “打击”，并细致测量菌丝尖端的生长情况。结果令人惊讶，当第二和第三个亚顶端细胞受到损伤时，菌丝生长几乎停滞，这表明它们对菌丝生长起着至关重要的作用。而第四到第六个亚顶端细胞受损时，虽然菌丝还能生长，但速度明显减慢，说明这些细胞能够加快菌丝的延伸速率12。
2. 细胞质流的奥秘：借助标记早期内体（EEs）的荧光蛋白，研究人员发现细胞质流主要集中在顶端细胞以及第二、第三个亚顶端细胞中。这一现象暗示着推动菌丝尖端生长的力量，可能就源自这几个细胞所产生的细胞质流34。
3. 细胞骨架的桥梁作用：研究表明，微管（MTs）和丝状肌动蛋白（F-actin）构成的细胞骨架，就像一座桥梁，跨越了不同的细胞间隔。这为细胞间的物质运输提供了通道，确保生长所需的物质能够顺利传递56。
4. 亚顶端细胞的物质运输：通过对分泌小泡（SVs）和早期内体的观察，发现它们在亚顶端细胞和顶端细胞之间频繁穿梭，双向运输。这意味着亚顶端细胞能够为顶端细胞提供生长所需的蛋白质、膜等重要物质78。
5. 亚顶端细胞的内吞与分泌：一系列实验有力地证明了亚顶端细胞存在内吞和分泌活动。内吞实验中，染料进入亚顶端细胞的液泡，同时观察到参与内吞的肌动蛋白斑；分泌实验里，标记的分泌相关蛋白显示出在亚顶端细胞的分泌过程910。
6. 关键酶的运输与作用：1,3-β- 葡聚糖合酶（TrGcs1）是细胞壁合成的关键酶。研究发现，它由亚顶端细胞通过早期内体运输至菌丝顶端，参与细胞壁的合成，为菌丝的生长提供坚实的 “壁垒”1112。

综合上述研究结果，研究人员得出结论：在里氏木霉的菌丝生长过程中，亚顶端细胞与顶端细胞紧密协作。顶端细胞和前两个亚顶端细胞共同构成了 “核心生长单元（CGU）”，它们对于菌丝生长不可或缺。而第四到第六个亚顶端细胞组成了 “支持性生长单元（SGU）”，为菌丝生长提供必要的物质支持。这一发现挑战了传统认知，表明亚顶端细胞在菌丝生长中具有重要作用，不仅参与物质运输和代谢活动，还对细胞壁的合成贡献巨大。这一成果不仅有助于我们深入理解丝状真菌的生长机制，对于工业酶生产中里氏木霉的应用也具有重要的指导意义，为优化生产工艺、提高酶产量提供了新的理论依据 。