小GTP酶Rac1介导的稻瘟病菌产孢过程的分子机理及其演化特点

分生孢子是多数丝状子囊菌特别是许多重要植物病原真菌如稻瘟病菌、禾谷镰刀菌、灰葡萄孢菌等无性繁殖的主要形式，是这些真菌生活史（特别是病原真菌侵染及其所致病害循环）中最关键环节。真菌分生孢子的形成过程（产孢过程）是复杂的生理和发育过程，可能受多个基因调控，因此，阐明其调控的分子机理十分重要。我们已有结果表明在稻瘟病菌中小GTP酶Rac1通过激活效应蛋白PAK激酶Chm1特异地调控其产孢过程。本项目拟以稻瘟病菌为模式，系统鉴定Rac1调控产孢过程的靶标蛋白及其互作网络，然后高通量敲除其编码基因，并以遗传和生化的方法深入解析Rac1调控稻瘟病菌产孢过程的分子机理。以比较基因组学的方法，比较分析镰刀菌、灰葡萄孢菌、构巢曲霉等真菌中Rac1介导的产孢过程分子机理与稻瘟病菌的异同点，了解其演化特征，研究结果将加深对丝状子囊菌特别是植物病原真菌产孢这一重要生理过程的认识，为植物病害更有效防治奠定理论基础。

分生孢子是多数丝状子囊真菌，尤其是许多重要的植物病原真菌，如稻瘟病菌、禾谷镰刀菌等无性繁殖的主要形式，同时也是真菌病害流行的最关键环节。真菌产孢过程涉及复杂的信号途径，阐明其分子机制能为真菌病害的有效防治奠定理论基础。首先，在明确稻瘟病菌中Rac1-Chm1信号途径调控产孢和致病过程的基础上，我们系统地鉴定并分析了Chm1互作蛋白MoSep3、Rac1假定GAP蛋白MoLrg1和MoRga1、Rac1假定GEF蛋白MoDock1和MoEmlo1、以及若干Rac1-Chm1途径中新成员的生物学功能及其与Rac1、Chm1的关系，发现它们在不同程度上参与了稻瘟病菌的产孢和致病过程；借助iTRAQ、RNA-seq、Co-IP等技术进一步获得了更多的效应蛋白候选，还利用基因组重测序的方法，鉴定到一批Chm1的可能的抑制子基因，这些都为深入阐明Rac1-Chm1信号途径调控机制奠定了良好的基础。其次，我们也对禾谷镰刀菌中的Rho家族蛋白FgRac1、FgCdc42、FgRho2、FgRho3、FgRho4以及Rac-PAK途径中的FgCla4进行了系统的比较分析，发现Rac1-Chm1同源物具有一定的保守功能，但同时也出现了一定程度的分化。此外，我们还鉴定了两个新的与稻瘟病菌产孢及侵染致病密切相关的调控因子，即MoBud3-MoRho4与Vps35/Retromer复合体。所得研究结果已发表在PNAS、PLoS One、FGB上，还有一篇拟投稿PNAS，一篇拟投稿EMBO J。我们的研究成果加深了对稻瘟病菌与禾谷镰刀菌中Rac1-Chm1信号途径调控产孢及致病机制的了解和认识，有助于了解丝状子囊菌，尤其是植物病原真菌产孢和致病的分子机制，为深入开展防治植物真菌病害的基础理论研究与生产应用研究奠定了坚实的分子生物学基础。