G蛋白及其下游信号途径在稻瘟病菌生长发育及致病中的作用分子机制研究

【作者】 张海峰； 汤蔚； 郑小波； 张正光；

【机构】 南京农业大学植物保护学院/农作物生物灾害综合治理教育部重点实验室；

【摘要】 生物体感受外界信号后,通过异三聚体G蛋白诱发胞内cAMP浓度升高,将外界信号整合到胞内信号途径中。cAMP作为第二信使,激活依赖于cAMP的蛋白激酶A(protein kinase A,PKA),并激活下游信号,使生物体对外界信号刺激作出应答反应。稻瘟病菌(Magnaportheoryzae)引起的稻瘟病是世界稻区广泛发生的、水稻上最重要的毁灭性病害之一。为了阐明G蛋白及其下游cAMP途径在该病菌中的致病分子机制,我们对该途径的相关基因进行了系统的研究。G蛋白信号调控因子(Regulators of G-protein signaling,RGS)是G蛋白信号途径的负调控因子。我们在稻瘟病菌中鉴定到8个RGS蛋白,其中4个是真菌中新发现的RGS蛋白。缺失突变发现,不同Rgs蛋白在该病菌生长发育及致病过程中行使不同的功能,其中MoRgs1负调控Ga亚基MagB,从而调控有性生殖;MoRgs2作用于MagB上游,调控无性产孢。MoRgs1、MoRgs3、MoRgs4和MoRgs7参与致病过程;MoRgs1影响细胞壁的完整性。进一步发现腺苷酸环化酶MoMac1、磷酸二酯酶MoPdeH和8个RGS蛋白共同精细调控该病菌胞内cAMP浓度的平衡,其中MoMac1参与调控cAMP的生物合成,MoPdeH水解cAMP导致胞内cAMP含量降低,8个RGS蛋白负调控胞内cAMP的含量,而上述蛋白编码基因敲除突变后,产生一系列相似的和不同的生物学表型,表明这些蛋白除了通过调控胞内cAMP水平来调控稻瘟病菌的生长发育之外,还通过与cAMP不相关的途径来调控该病菌的生物学表型。进一步鉴定到MoMac1的互作蛋白MoCap1,发现MoCap1在稻瘟病菌生长发育和致病过程中具有重要调控作用。它通过调控Mac1的活性影响胞内cAMP的浓度,从而参与调控芽管生长、附着胞分化及致病过程。此外,该基因缺失后能抑制Ras2显性激活突变体的表型缺陷,提示MoCap1可能参与调控Ras2与Mac1的互作过程。上述研究结果揭示了G蛋白及其下游信号途径在稻瘟病菌侵染过程中的调控机制,对认识其他丝状真菌相关信号途径的生物学功能具有重要的借鉴意义。同时,对开发以G蛋白及其下游信号途径相关基因为靶标的高效、低毒的杀菌剂具有重要的指导意义。更多还原