新生隐球菌(Cryptococcus neoformans)是地球上导致年死亡人数最多的人类病原真菌之一,每年超过100万的感染病例,因其感染所导致的死亡人数超过60万例,该数字甚至超过了乳腺癌的年死亡人数。新生隐球菌主要感染免疫缺陷/受损的患者,随着现代医疗卫生事业的不断发展,器官移植,癌症化疗等技术手段的更新,导致了免疫缺陷型个体大幅度的激增,这造成新生隐球菌的感染日益严重;此外,临床上可用真菌治疗药物极为有限,加之临床耐药菌株的不断涌现,C.neoformans感染超高的发病率和致死率给人类公共健康问题构成了巨大的挑战。同性生殖作为隐球菌关键生物学策略,通过在子代中创建遗传内容多样性,导致了隐球菌毒力的快速进化,多种环境因素能够诱导同性生殖的发生。同时其产物有性孢子可作为主要感染繁殖体参与隐球菌散播和肺部定植。目前新生隐球菌中已报道的孢子产生相关基因包括SPO11、UBC5和DMC1等,SPO11与酿酒酵母中减数分裂基因同源,UBC5编码的是一个泛素结合酶,Dmc1是减数分裂过程中的关键调控蛋白,spo11Δ、ubc5Δ和dmc1Δ能够对孢子形成有一定的影响,但并不能阻断担孢子的形成,对于C.neoformans中产孢关键性的基因目前尚无报道。N-乙酰葡萄糖胺(GlcNAc)作为自然界储藏量第二的天然多糖几丁质(chitin)的组成单体,是多种生物体结构组成成分:细菌细胞壁肽聚糖,动物细胞胞外基质粘多糖,真菌细胞壁几丁质等。GlcNAc分解代谢能提供微生物生长所必需的碳源、氮源。不仅如此,GlcNAc可作为信号分子对不同的生物学过程进行调控,其介导的信号转导主要有三种表现形式:1.诱导微生物形态变化,影响微生物的毒力;2.通过影响蛋白转录后修饰来调节营养感应;3.协调微生物体内GlcNAc发挥何种功能,是参与合成代谢还是分解代谢。本研究证明,C.neoformans可直接利用细胞壁成分几丁质单体GlcNAc进行生长。除此之外,GlcNAc可作为重要的信号分子加速C.neoformans同性生殖过程。该分子可使新生隐球菌的有性生殖周期由7天缩短至2天。为了探究GlcNAc对C.neoformans有性生殖的影响是否与C.neoformans对GlcNAc的利用相关,首先通过同源比对,利用基因敲除、回补等遗传操作手段,结合突变株的生长曲线,鉴定出C.neoformans中GlcNAc完整的代谢基因簇,主要包括有GlcNAc转运蛋白Ngt1,GlcNAc激酶Hxk1,6-PO4-GlcNAc去乙酰化酶Dac1,6-PO4-GLN脱氨酶Nag1、代谢调控蛋白GlcR1以及氧化脱氢酶Str I。而该基因簇中的激酶、调控蛋白以及未知功能的氧化脱氢酶在担子菌门中高度保守,这很可能预示着GlcNAc在担子菌种有着与子囊菌门中不同的代谢调控机制。为了深入了解GlcNAc是如何影响C.neoformans有性生殖,我们对GlcNAc诱导条件下的转录组情况进行测序分析,并结合实时荧光定量PCR的分析,查看有性生殖关键基因的转录情况,尝试揭示GlcNAc诱导有性生殖的分子机制。研究结果证实,GlcNAc对有性生殖的影响与现有报道的信息素信号通路、菌丝形成信号通路以及cAMP信号通路并无直接联系,表明GlcNAc很可能是通过一条独特的信号通路促进新生隐球菌有性生殖。此外,本研究还找到了C.neoformans有性生殖过程中产孢特异性蛋白Spo5,通过遗传验证、表型分析及荧光观察的方法,证实Spo5直接控制着担子形成及孢子产生过程,确定了Spo5在有性生殖过程中的关键地位。结合实时荧光定量PCR和转录组测序对转录水平进行分析,深度解析C.neoformans有性孢子产生过程中涉及到的相关基因及生物学过程。有性孢子作为主要的感染繁殖体,产孢特异性关键蛋白Spo5的确定显得尤其重要,不仅有助于增强对C.neoformans有性生殖的认识,还可以为新生隐球菌的传播与感染防治提供理论基础。本研究利用新生隐球菌作为研究材料,解析有着环境因子和细胞壁组分双重身份的GlcNAc与真菌有性生殖过程的重要生物学联系。本课题首次在担子菌门中报道GlcNAc代谢的分子基础,并且其中关键的激酶和调控蛋白在担子菌门中的高度保守性,暗示着C.neoformans可能通过一条独特的通路协调GlcNAc对有性生殖的激活与代谢。对产孢特异性蛋白SPO5的功能研究及其下游关键基因的筛选与鉴定,有助于更清楚的解析孢子产生相关机制,为新的真菌防控手段的研发提供理论基础。