氨基酸合成相關(guān)基因MoLYS20和MoCPA2在稻瘟病菌生長(zhǎng)發(fā)育及致病過程中的功能研究.pdf

1、稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)引起的稻瘟病在水稻生產(chǎn)上是三大病害之一，對(duì)水稻是毀滅性的的破壞。近年來對(duì)稻瘟病的防治采用培育和利用抗病豐產(chǎn)品種為主策略，以化學(xué)防治為輔。該病原菌因其生理小種易變異，且各地生理小種存在很大的差異，優(yōu)良的抗病品種很快會(huì)失去抗性。因此，深入的研究稻瘟病菌生長(zhǎng)發(fā)育、致病機(jī)制及侵染過程中各種結(jié)構(gòu)的作用意義十分重大。稻瘟病菌全基因組序列的公布以及遺傳轉(zhuǎn)化體系的完善，為進(jìn)一步研究各種重要生理功能基因和致

2、病基因提供新平臺(tái)，為新型稻瘟病菌殺菌劑的研究提供新靶標(biāo)，也為稻瘟病的防治策略提供可靠理論依據(jù)。
　　在稻瘟病菌的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，G蛋白的作用非常重要。G蛋白信號(hào)途徑調(diào)控因子RGS(Regulators of G-proteins signaling)是G蛋白信號(hào)途徑的負(fù)調(diào)控因子。在稻瘟病菌的全基因組序列中，共鑒定到8個(gè)MoRGS，對(duì)其的生物學(xué)功能分析發(fā)現(xiàn)，MoRgs參與調(diào)控稻瘟病菌的生長(zhǎng)發(fā)育、孢子的產(chǎn)生、附著胞的形成和致病過程。為

3、了進(jìn)一步闡明稻瘟病菌中MoRgs蛋白(MoRgs1、MoRgs2、MoRgs3、MoRgs4、MoRgs7)的調(diào)控機(jī)釓本實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)的方法分析獲得ΔMorgs突變體與野生型顯著差異表達(dá)蛋白，其中包括氨基酸合成代謝相關(guān)的基因。
　　在真核生物中，氨基酸生物合成是非常復(fù)雜的，并且對(duì)于生長(zhǎng)分化是必不可少的過程。通過生長(zhǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，MoRgs蛋白質(zhì)在稻瘟病菌氨基酸代謝和營(yíng)養(yǎng)應(yīng)答中具有顯著的作用。本研究從獲得的Rgs蛋白質(zhì)組學(xué)分析結(jié)果

4、中篩選感興趣的氨基酸代謝相關(guān)的基因，從中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)高檸檬酸合酶(HCS) MoLys20，其豐度在ΔMorgs突變體中顯著下降。在釀酒酵母菌Saccharomyces.cerevisiae中，通過α-氨基乙二酸途徑合成途徑（AAA)合成賴氨酸。ScLys20參與賴氨酸合成代謝，催化乙酰輔酶A和α-酮戊二酸縮合形成高檸檬酸，這是在賴氨酸生物合成途徑的第一步，也是關(guān)鍵的一步。本研究采用基因敲除的方法獲得了MoLYS20的敲除突變體，此DMo

5、lys20突變體是一個(gè)賴氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株，外源加入賴氨酸可部分補(bǔ)償其營(yíng)養(yǎng)缺陷。MoLYS20的缺失導(dǎo)致了產(chǎn)孢和侵染能力的缺陷，以及對(duì)水稻的致病能力的下降，表明MoLys20參與賴氨酸生物合成，從而影響真菌發(fā)育和致病性。MoLys20在稻瘟病菌各個(gè)階段的亞細(xì)胞定位均定位于細(xì)胞核中，MoLys20的核定位信號(hào)NLS(Nuclear localization signa)對(duì)于MoLys20進(jìn)入細(xì)胞核的功能具有至關(guān)重要的作用，推測(cè)MoLys2

6、0在代謝和細(xì)胞核中具有雙重作用。
　　另外，本研究從稻瘟病菌Rgs蛋白質(zhì)組學(xué)分析結(jié)果中篩選到精氨酸氨基酸合成代謝相關(guān)的編碼氨甲酰磷酸合酶的基因MoCPA2，在釀酒酵母菌S.cerevisiae中，氨甲酰磷酸合成的這個(gè)步驟是精氨酸合成途徑的一條支路代謝，產(chǎn)生的氨基甲酰磷酸用于直接補(bǔ)充精氨酸合成途徑中的鳥氨酸。本研究闡明了氨甲酰磷酸合酶MoCpa2的功能。結(jié)果表明MoCPA2敲除突變體是精氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株。而外源添加賴氨酸后能恢復(fù)孢

7、子產(chǎn)生和附著胞分化，同時(shí)還能恢復(fù)在離體的大麥葉片的致病性缺陷。研究結(jié)果表明，MoCPA2缺失后，稻瘟病菌的生長(zhǎng)，產(chǎn)孢以及致病性受到了影響，表明MoCPA2對(duì)精氨酸的生物合成是必需的，為以精氨酸生物合成為潛在靶標(biāo)的新型殺菌劑發(fā)展提供了一個(gè)理論基礎(chǔ)。
　　綜上所述，Mo YS20對(duì)賴氨酸的生物合成是必需的，MoCPA2對(duì)精氨酸的生物合成是必需的。MoLys20、MoCpa2在稻瘟病菌的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)孢和致病過程中具有非常重要的作用，為驗(yàn)