稻瘟病菌Cdk8激酶模块的生物学功能研究

Magnaporthe oryzae is a model system for understanding microbe-plant interactions. Cdk8 module is the sole kinase activity part of the mediator complex. It regulates signal pathways of development in the eukaryotic cells. In this project, we propose to investigate the functions of mediator complex in M. oryzae based on the Cdk8 module. Gene null mutants will be obtained using high-throughput knockout strategy. The phenotypes of the null mutants will be analyzed by physiology, biochemistry and cytology methods. The biological functions of every gene in Cdk8 module will be demonstrated in M. oryzae. In addition, we will depict the functions of Cdk8 module in the development and pathogenesis through the combined strategies integrating gene expression profiling, phosphoproteome and protein interaction. The proposed project is the primary exploration of the functions of the mediator complex in M. oryzae. It would supply the novel theory evidence and drug target to control the rice blast.

稻瘟病菌是真菌与植物互作研究的模式。Cdk8为中心的激酶模块是中介体复合物中唯一一个具有激酶活性的模块，这个模块调控真核生物发育相关的信号通路。本项目，围绕Cdk8激酶模块，开展稻瘟病菌中介体复合物的研究。利用高通量基因敲除的方法，获得基因的缺失突变体，结合生理生化，细胞学等分析，阐明基因的生物学功能；结合表达谱，磷酸化组学和蛋白互作分析，明确激酶亚模块在稻瘟病菌生长发育及致病过程中的作用。此项目，是对稻瘟病菌中介体复合物的初步探索，将为从根本上防治稻瘟病提供理论依据和可能的新药物靶点。

稻瘟病作为十大真菌疾病之一严重地威胁着全球的粮食安全。近年来，引起稻瘟病的稻瘟病菌已被开发成为一个研究病原真菌——植物相互作用的模式系统。中介体复合物是一种大型多蛋白复合体，是保守真核转录机制的基本组成部分。Cyclin C (CycC)-dependent kinase 8 (Cdk8)是中介体复合物的关键亚单位，以Cdk8为中心的激酶模块是中介体复合物中唯一一个具有激酶活性的模块，这个模块调控真核生物发育相关的信号通路。本项目，围绕Cdk8激酶模块，开展稻瘟病菌中介体复合物的研究。研究内容为：利用高通量基因敲除的方法，获得基因的缺失突变体，结合生理生化、细胞学等分析手段，阐明基因的生物学功能；结合表达谱，磷酸化组学和蛋白互作分析，明确激酶亚模块在稻瘟病菌生长发育及致病过程中的作用。在我们的研究中，通过生物信息学分析，寻找到了以MoCdk8为中心的激酶模块的其它亚基：Cyclin C (MoCycC), Mediator subunit 12 (MoMed12), Mediator subunit 13 (MoMed13)。亚细胞定位分析发现MoCdk8，MoMed13定位于细胞核，MoCycC, MoMed12定位于细胞质。通过高通量基因敲除的方法，获得了基因缺失突变体，进一步分析生物特性和生理生化特性，发现基因缺失突变体表现为产孢量显著下降，侵染力显著降低，应对细胞壁胁迫能力下降，对不同的碳源和氮源利用能力呈现多样性变化，明确了以MoCdk8为中心的激酶模块在稻瘟病菌生长发育和致病中发挥不可或缺的作用。而后进一步通过磷酸化组学、表达谱、免疫沉淀等方法，确定了MoCdk8激酶模块参与了Mps1 MAPK途径的调控。磷酸化定量蛋白质组学分析发现，野生型Guy11与ΔMocdk8突变体之间MoVps9（Vacuolar Protein Sorting 9）的磷酸化水平发生显著变化，进一步对MoVps9进行基因功能分析，最终确定MoVps9作为关键蛋白参与细胞的自噬和内吞途径的调控。综上，我们探索了稻瘟病菌MoCdk8中介体复合物的生物学功能，将为从根本上防治稻瘟病提供理论依据和可能的新药物靶点。项目执行期间，发表论文10篇；获得浙江省自然科学一等奖1项；培养博士后2名，博士研究生3名，硕士研究生3名。