分拣连接蛋白家族在禾谷镰刀菌致病过程中的作用机制解析

The sorting nexins (SNXs) are highly conservative eukaryotic proeteins containing a PX (phox homology) domain. The SNXs are involved in mediation of cargo proteins endocytosis, sorting, degradation and circulation between intracellular membranes which contribute to the homeostasis of cell signal molecules. The previous study indicates retrograde trafficking from the endosome to the trans-Golgi network mediated by the retromer and is very important for fungal development and pathogenicity in Fusarium graminearum. The Vps5 and Vps17 subunits of the retromer complex was the SNX-BAR proteins of the sorting nexin family which couple the processes of membrane deformation and carrier formation with the sorting of cargo proteins. Based on these results, we studied the PX domain as a breakthrough point, and proposed to elucidate the functional mechanism of the sorting nexin family involved in the pathogenicity of Fusarium graminearum. The project intends to adopt molecular genetic techniques, including gene knock-out, yeast two-hybrid system, etc. in the functional research of the sorting nexins, in order to reveal the importance of the SNXs involved in cell trafficking and pathogenesis. These results from the project will advance our knowledge on the pathogenicity mechanism of Fusarium graminearum, help us to further understand the important role of protein trafficking involved in Fusarium graminearum pathogenicity, and lay a theoretical foundation for control of wheat scab caused by Fusarium graminearum.

分拣连接蛋白（SNXs）是一类包含Phox结构域的高度保守的真核生物蛋白，主要参与介导货物蛋白的内吞、分拣、降解以及细胞内膜间的循环，以维持细胞信号的平衡。前期研究发现由Retromer复合体介导受体蛋白从内涵体到高尔基体的逆转运途径对禾谷镰刀菌的生长发育、致病性等极其重要。Retromer复合体中的Vps5和Vps17亚基属于分拣连接蛋白的一类(SNX-BAR)，能够诱导细胞膜弯曲，参与介导微管内涵体成熟与受体蛋白分拣。鉴此，我们以PX结构域为切入点，提出研究分拣连接蛋白家族在禾谷镰刀菌致病过程中的作用机制。本项目拟采用基因敲除、酵母双杂交等分子生物学技术研究分拣连接蛋白家族的功能，以揭示分拣连接蛋白对于禾谷镰刀菌毒素合成相关酶在胞内的分拣以及侵染致病的重要性。本项目的完成将加深对禾谷镰刀菌致病机制的认识，明确蛋白分拣与转运在禾谷镰刀菌致病机制中的重要角色，为防治小麦赤霉病提供理论基础。

分拣连接蛋白（SNXs）是一类包含Phox结构域的高度保守的真核生物蛋白，主要参与 介导货物蛋白的内吞、分拣、降解以及细胞内膜间的循环，以维持细胞信号的平衡。前期 研究发现由Retromer复合体介导受体蛋白从内涵体到高尔基体的逆转运途径对禾谷镰刀菌的生长发育、致病性等极其重要。在本研究中我们通过生物信息学发现含Phox结构域的蛋白总共有13个，其中11个为分拣连接家族蛋白，通过亚细胞定位分析发现，11个分拣连接蛋白主要定位于内涵体、液泡膜或者内质网上，而FgBem1定位于隔膜孔和菌丝尖端，FgSpo14主要定位于细胞质中。通过菌丝生长、有性发育以及致病性等生物学实验结果表明，除了FgMvp1和FgYkr078蛋白外，其余含PX结构域的基因缺失后菌株对小麦麦穗的侵染能力以及DON产毒能力显著降低，其中FgBem1基因缺失后对禾谷镰刀菌的菌丝生长、有性生殖、致病性以及DON产毒能力均有显著影响。通过荧光时空动态变化分析，发现FgBem1在隔膜发育成熟过程中起着重要角色，并且其隔膜孔的稳定定位可能需要肌动蛋白actin和隔膜相关蛋白FgSpa10的参与。结构域功能分析结果表明，FgBem1在菌丝尖端的定位依赖于Phox结构域，并且Phox结构域的缺失会导致菌株的有性发育和致病性发生严重异常，这也说明Phox结构域对于维持蛋白在细胞内发挥正常功能极为重要。通过生物学实验分析进一步挖掘了FgSpa10特异性定位于隔膜孔和子囊壳细胞间隙，基因的缺失也导致禾谷镰刀菌不能形成正常的子囊壳和子囊孢子，这也为进一步研究FgBem1和FgSpa10之间的功能联系提供重要思路。本研究结果有利于阐明Phox结构域在禾谷镰刀菌致病过程中的作用机理，并为进一步解析分拣连接蛋白在蛋白分拣与转运过程中的作用机制提供理论依据。