禾谷镰刀菌铵通透酶Mep在铵识别、转运和真菌毒素DON生物合成中的功能分析

Fusarium head blight (FHB), caused primarily by Fusarium graminearum, is adevastating disease of wheat. It contaminates infected grains with harmful mycotoxins, such as DON that is an important pathogenic factor. Many factors affect the biosynthesis of DON, including nitrogen. However, the regulation mechanism of nitrogen metabolism on DON biosynthesis is not thoroughly understood. Previous studies showed that ammonium can repress DON production in Fusarium graminearum. But the ammonium sensor and transporter is unknown. And the regulation mechanism of nitrogen metabolism is also not fully clear. The project aims to functionally characterize the ammonium permease Mep by knockout, phenotypic analysis and qRT-PCR. And the molecular mechanism of Mep involved in MAPK and PKA pathway will be studied by Yeast two-hybrid and Co-IP . Our results will reveal function of the ammonium permease Mep and the regulation mechanism of nitrogen metabolism on DON biosynthesis and provide a theoretical foundation for DON biosynthesis and disease control in Fusarium graminearum.

禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病严重影响小麦的产量，其产生的真菌毒素DON不仅对人、畜有毒，对病原菌的扩展同样起着重要作用，是重要的致病因子。多种环境因子都能够影响DON生物合成，其中氮代谢对DON生物合成的调控机制还未深入研究。前期研究表明禾谷镰刀菌中，铵态氮源能够通过抑制DON生物合成，但铵态氮的感知和转运机制尚未知，氮代谢整体的调控机制也尚不明确。本项目拟利用基因敲除、表型分析和实时定量荧光PCR等方法研究铵通透酶Mep的功能，并利用酵母双杂和免疫共沉淀等方法鉴定Mep参与MAPK和PKA信号通路的分子机制，进一步明确氮代谢对DON生物合成的调控机制。本项目首次明确禾谷镰刀菌中铵通透酶Mep的功能和氮代谢对DON生物合成的调控机制，为控制禾谷镰刀菌真菌毒素DON生物合成和病原菌的进一步扩展提供理论基础。

禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病严重影响小麦的产量，其产生的真菌毒素DON不仅对人、畜有毒，同时也是重要的致病因子，氮代谢对DON生物合成的调控机制还未深入研究。本研究采用基因敲除、表型分析和实时定量荧光PCR等技术，对氮代谢DON生物合成中铵通透酶Mep在铵识别和转运中的功能及调控真菌毒素DON生物合成的机制进行研究，在以下三个方面取得创新成果：①明确了禾谷镰刀菌铵通透酶Mep的功能，Mep1蛋白承担铵态氮转运功能，Mep2蛋白是主要的铵态氮识别因子，Mep3蛋白是次要的铵态氮识别因子并承担部分转运功能；②阐明了禾谷镰刀菌铵通透酶参与调控DON生物合成的具体机制，铵通透酶Mep通过氮代谢调控蛋白AreA的调控参与真菌毒素DON生物合成家族TRI的表达；③进一步明确了禾谷镰刀菌铵通透酶Mep调控cAMP-PKA和MAPK信号通路的分子机理，铵通透酶Mep2能够参与禾谷镰刀菌PMK1和cAMP-PKA磷酸化水平。本项目研究禾谷镰刀菌铵通透在氮代谢调控DON合成中的功能，揭示了Mep三种蛋白的不同功能以及Mep2蛋白在DON生物合成中的重要作用，成果能够为禾谷镰刀菌DON生物合成的氮调控提供重要的理论依据，对禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病的防治具有重要的指导意义。