禾谷镰孢菌G蛋白偶联受体介导的有性发育时期分子识别及信号传导

【作者】 丁明玉； 曹淑琳； 徐代英； 夏阿亮； 王泽一； 王婉珊； 段凯莉； 吴晨雨； 王秦虎； 梁洁； 王迪文； 刘慧泉； 许金荣； 江聪；

【机构】 西北农林科技大学植物保护学院旱区作物逆境生物学国家重点实验室； 江苏省农业科学院植物保护研究所； 普渡大学植物与植物病理系；

【摘要】 有性生殖有助于增加遗传变异和清除有害突变。禾谷镰孢菌作为小麦赤霉病的致病菌,其有性发育所产生的子囊孢子是病害发生的初侵染源。在模式真菌酵母中,有性发生依赖于信息素受体对信息素的识别。然而在禾谷镰孢菌中,信息素受体并非有性生殖所必需。是否有其他受体控制了禾谷镰孢菌等丝状真菌的有性发育过程,尚不清楚。本研究中,我们对禾谷镰孢菌有性时期特异表达的GPCR基因进行了系统功能分析,发现其中一个基因(命名为GIA1)对减数分裂和子囊发育至关重要。gia1缺失突变体的子囊丝钩形成和核分裂正常,但却无法进入减数分裂状态,子囊孢子形成也完全被阻断。进一步发现,Gia1受体在感知信号后,依次激活G蛋白Gpa1和Gpmk1 (MAPK)级联途径以实现胞内的信号传递。GIA1特异分布于粪壳菌纲真菌中,且在肉座菌目中存在一个旁系同源基因GIP1。与GIA1作用于子囊发育不同,GIP1为子囊壳形成所必需,且GIA1和GIP1在表达模式、下游通路以及配体识别等方面均存在显著差异。对Gia1和Gip1进行区段置换,发现受体的碳末端和第三个胞内环参与信号传导,而氮末端和第三个胞外环则决定了配体的结合。我们利用改造后的配体筛选系统,确定了Gia1的配体是富集于子囊壳内部的未知功能蛋白。综上所述,我们在丝状真菌中率先发现了一个阶段特异性的非信息素识别途径,通过保守的MAPK信号通路专一调控减数分裂和子囊发育。研究不仅拓展了对真菌有性发育和信号识别的认识,同时也为小麦赤霉病的菌源控制提供了新思路。更多还原