近日，基因中心作物品質控製與多組學技術創新團隊在黃曲黴毒素合成途徑關鍵調控因子AflR的DNA識別機製研究方麵取得新進展。相關研究成果以“Conformational Plasticity of Disordered Regions Enables Sequence-Diverse DNA Recognition by Transcription Factor AflR”為題，在線發表於國際權威期刊Nature Communications（中科院綜合性期刊一區TOP，IF=15.7）。基因中心吳紹文副研究員、聯合培養研究生王鳳華為論文第一作者，晏石娟研究員和中科院上海高等研究院劉誌軍老師為共同通訊作者。

　　黃曲黴毒素是自然界毒性最強的化合物之一，主要汙染玉米、花生等農產品，具有強致癌性。據統計，全球每年約有4.5億噸糧食因真菌毒素汙染而無法食用，造成重大經濟損失並嚴重威脅食品安全。理解黃曲黴毒素生物合成的分子調控機製，是開發精準防控策略的關鍵前提。

　　科學問題：黃曲黴毒素“總開關”如何協同調控多個基因？

　　鋅簇轉錄因子AflR是黃曲黴毒素生物合成基因簇的主調控因子，其缺失可使毒素產量降低90%以上，堪稱黃曲黴毒素合成的“總開關”。遺傳學研究表明，AflR需要同時調控合成基因簇中約17個生物合成基因（包括ver1、vbs、norA等關鍵酶基因），這些基因的啟動子含有不同的DNA序列變異。這就提出了一個核心科學問題：AflR如何在識別多樣化DNA序列的同時保持調控特異性？

　　二十多年以前，前人研究就發現AflR結合DNA回文序列（5'-TCGN₅CGA-3'），但其缺乏典型鋅簇蛋白用於二聚化的螺旋結構，識別機製一直是未解之謎。闡明這一機製不僅是轉錄調控領域的基礎科學問題，更是理解黃曲黴毒素合成調控網絡的關鍵環節。

　　研究發現：揭示“結構化錨點+動態觸手”的獨特識別機製

　　研究團隊針對AflR-DNA結合結構域（AflR-DBD）與三個黃曲黴毒素合成關鍵基因（ver1、vbs和norA）啟動子的相互作用，開展了係統性研究。

　　（1）揭示AflR-DBD“結構化核心+動態尾巴”的獨特結構

　　通過圓二色譜、NMR波譜和微秒級分子動力學模擬，研究發現AflR-DBD具有獨特的“部分無序”特征：中心的鋅簇基序保持穩定結構，而兩側N端和C端區域高度柔性。NMR弛豫實驗表明，即使與DNA結合後，末端區域仍保持顯著的構象可塑性——這與傳統的“剛性結合”模型截然不同，為理解其多靶點識別能力提供了結構基礎。

　　（2）發現單體化“倒位結合”的新型識別模式

　　通過電泳遷移實驗（EMSA）和等溫滴定量熱法（ITC），研究證實兩個AflR-DBD單體以倒位方向分別識別兩個CG半位點。係統的DNA突變分析顯示，ver1啟動子的典型倒位序列（5'-CGGTCTCCG-3'）與vbs、norA啟動子的變異序列（5'-CGGN₃GCG-3'）均能被有效識別，但直接重複序列（5'-CGGN₃CGG-3'）則完全喪失結合能力。這種單體化倒位識別模式既保證了對黃曲黴毒素基因簇核心序列的特異性，又允許對啟動子變異的適應性。

　　（3）解析無序區域介導的“序列適應性”分子機製

　　分子動力學模擬結合NMR滴定實驗揭示，鋅簇基序提供“錨定”功能識別CG位點，而柔性末端通過構象調整建立與不同DNA序列的分布式接觸。定量EMSA實驗證實，結合位點突變對不同黃曲黴毒素基因啟動子的影響差異顯著，直接驗證了序列適應性機製。

　　（4）確立C端區域作為“構象樞紐”的調控作用

　　分子動力學模擬軌跡的主成分分析和相關網絡分析顯示，DNA結合後C端區域的網絡中心性顯著增強，成為協調整個蛋白構象變化的樞紐。截短實驗表明，缺失C端或雙端的AflR-DBD完全喪失DNA結合能力。Jensen-Shannon散度分析進一步揭示，C端區域的構象動力學變化具有啟動子依賴性，這是AflR實現序列適應性識別的關鍵機製。

　　創新模型：“動態錨定”解釋多基因協同調控

　　基於上述研究，團隊提出了“動態錨定”（Dynamic-Anchor）識別模型，從分子層麵闡明AflR如何同時調控黃曲黴毒素生物合成基因簇中的多個基因：

　　階段I（啟動子掃描）：柔性末端區域通過瞬時弱相互作用快速掃描黃曲黴毒素基因簇的多個啟動子區域；

　　階段II（特異性錨定）：結構化鋅簇基序精確識別並穩定結合CG核心序列；

　　階段III（適應性優化）：無序區域根據不同啟動子的序列差異進行構象調整，通過分布式接觸網絡優化每個靶基因的結合穩定性。

　　這一模型首次從分子層麵解釋了AflR如何作為“總開關”協同激活整個黃曲黴毒素生物合成通路，解決了長期困擾該領域的科學問題。

　　研究意義：為精準抑製黃曲黴毒素合成提供理論基礎

　　本研究揭示的“有序-無序”協同識別機製代表了轉錄因子-DNA相互作用的新範式。真核生物中超過80%的轉錄因子含有內在無序區域，本研究建立的整合NMR、分子動力學模擬和生化驗證的研究體係，可推廣至其他真菌毒素調控因子的機製解析。研究明確了AflR參與不同DNA結合的關鍵位點，為開發靶向抑製黃曲黴毒素合成的高選擇性抑製劑提供了結構基礎和靶點，為推動黃曲黴毒素汙染源頭防控策略的開發提供了重要理論基礎。

　　該研究得到必威betways “傑出青年”、國家自然科學基金、廣東省自然科學基金等多個科研項目的資助。

　　原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-63926-w