PNAS | 湖北大学丁金丽/浙江大学应盛华团队揭示自噬蛋白BbAtg8作为转录调节因子调控核铜稳态与球孢白僵菌萌发的全新机制

微量金属元素铜（Cu）是真核生物呼吸链运转、抗氧化防御等核心生命过程不可或缺的催化辅因子。病原真菌 侵染寄主时，寄主昆虫通过“营养免疫”（nutritional immunity）严格限制游离铜等微量元素供给，对病原菌施加极端饥饿胁迫。作为全球广泛应用的昆虫病原真菌与生防模型，球孢白僵菌的分生孢子在昆虫体表萌发是建立侵染的关键窗口期，但其在早期如何协调外源摄取与内源周转以克服铜匮乏，此前机制尚不明确。

湖北大学生命科学学院丁金丽副教授联合浙江大学生命科学学院应盛华教授在PNAS发表了题为“Nuclear BbAtg8 interacts with BbMac1 as a transcriptional modulator to sustain nuclear copper homeostasis during conidial germination” 的研究论文，揭示了球孢白僵菌（Beauveria bassiana）在铜匮乏逆境下维持核内铜稳态的“双轨”协同生存策略。该研究发现，核心自噬蛋白BbAtg8不仅在胞质中介导线粒体自噬（mitophagy）以回收内源铜，而且其非脂化形式能够特异入核，作为转录增强因子直接结合转录因子BbMac1，激活铜转运蛋白的高丰度表达及其在核膜的动态富集，从而优先保障核内铜稳态与真菌萌发侵染能力。该发现打破了自噬蛋白主要在胞质行使降解功能的传统认知，拓展了自噬机器应对宿主“营养免疫”的非经典功能。

铜匮乏延缓孢子萌发并诱导全基因组转录重塑，萌发期高度依赖核铜富集

铜螯合剂BCS处理显著抑制并推迟球孢白僵菌分生孢子的早期萌发（6 hpi萌发率下降51.49%）。在野生型分生孢子萌发初期，铜离子呈现出独特的细胞核高度富集现象（核/质比达2.64和2.07），而后期菌丝生长阶段转为胞质分布为主。RNA-seq分析显示，铜剥夺在6 hpi迅速诱发包括线粒体自噬、过氧化物酶体、核糖体生物合成等在内的应激转录重编程。

铜匮乏特异激活线粒体自噬以实现内源铜再分配

线粒体与液泡共定位及MGFP裂解实验证实，持续的铜匮乏特异性诱导线粒体自噬流。自噬缺失突变体（ΔBbatg1和ΔBbatg11）在铜匮乏下萌发受阻，胞质铜无法有效向核内转运；而ΔBbatg8不仅核铜与总铜严重流失，转录组更陷入全面的功能崩溃，提示BbAtg8在经典自噬外存在更广泛的调控功能。

非脂化BbAtg8在铜匮乏下迅速入核累积

亚细胞荧光成像与核质分离Western blot表明，常规营养条件下BbAtg8主要在胞质部分脂化（BbAtg8-PE），但核内始终存在稳定未脂化的BbAtg8。铜饥饿胁迫显著驱动非脂化BbAtg8向细胞核内聚集，使核内BbAtg8蛋白丰度在胁迫早期迅速超越胞质。

BbAtg8通过AIM基序直接结合转录因子BbMac1增强其DNA结合亲和力

通过BiFC、Co-IP以及体外Pull-down实验证实，BbAtg8在核内与转录因子BbMac1发生直接物理互作。机制研究表明，BbMac1的C末端含有一个保守的Atg8互作基序（AIM，FFFV），该基序的突变完全阻断了两者的结合。与常规AIM介导靶蛋白进入自噬溶酶体降解不同，BbAtg8的结合不引起BbMac1降解，而是充当“转录调节辅助因子”；ChIP-qPCR和EMSA证实，缺失BbAtg8显著削弱了BbMac1对下游铜转运蛋白启动子的招募结合能力。

功能冗余的Ctr家族转运蛋白动态聚集于核膜，保障真菌侵染致病力

研究鉴定出3个由BbAtg8-BbMac1复合体直接调控的高亲和铜转运蛋白基因（BbCTR1、BbCTR2、BbCTR4）。在铜饥饿胁迫下，这些转运蛋白不仅表达量剧增，且显著在核膜（nuclear envelope）呈现动态空间富集（核/质比提升数倍）。多基因敲除实验表明，三基因协同维持铜稳态并表现出功能冗余：三敲突变体核内铜富集完全丧失，在体壁浸润与血腔注射双重感染模型中均表现出致病力崩溃（LT50显著延长或无法致死）。

综上所述，该研究系统阐明了球孢白僵菌在极度铜匮乏逆境下优先维持核内铜稳态的精细协同机制，突破了自噬蛋白仅在胞质行使底物分选降解的传统认知，揭示了核心自噬蛋白BbAtg8作为转录调节辅助因子直接参与微量金属稳态调控的非经典新功能。该研究发现的“自噬周转-核转录增强-核膜富集”双轨轴线，为理解真菌克服宿主营养免疫提供了全新的分子视角，同时也为开发以破坏真菌金属稳态与自噬协同网络为靶向的高效生物农药或真菌病害防控策略提供了重要理论支撑。

https://doi.org/10.1073/pnas.2620524123