转录因子PsBZP32调控大豆疫霉致病过程的分子机理研究

Dramatic changes in gene transcription have been revealed and contribute to the key development and infection stages of plant pathogens, and transcription factors (TFs) play important roles in such transcriptional regulation process. Recently, we identified a bZIP TF, PsBZP32, from Phytophthora sojae, which was phosphorylated and transcriptionally up-regulated during host infection and was further confirmed that it was associated with pathogenicity in soybean by gene-silencing assay. Thus, molecular mechanisms of PsBZP32 contributing to P. sojae pathogenicity will be further elucidated from the following two aspects: 1) Clarify detailed functions via phenotypic analysis of the PsBZP32-silenced and -overexpressed mutants, monitor subcellular localization via microscopic observation of fusion protein with Green Fluorescent Protein (GFP), and explore the role of phosphorylation related to localization and functions; 2) Identify its regulated genes and DNA binding elements, and profile gene regulatory networks in whole genome level via transcriptome analysis of the PsBZP32-silenced and -overexpressed mutants and chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq), respectively. From this study, we will reveal the pathogenicity-associated molecular mechanism regulated by oomycete bZIP TF, investigate its specificity comparing to the plant pathogenic fungi, and provide clues for identification of new fungicide targets and design of disease prevention and control strategies.

基因转录调控对于病原菌的发育与致病等过程至关重要，而转录因子在其中发挥着重要作用。我们前期发现bZIP转录因子PsBZP32在大豆疫霉侵染阶段被磷酸化且转录显著上调，该基因沉默后导致病原菌致病性丧失。本项目将进一步通过分析其基因沉默和过表达转化子的表型了解其具体的生物学功能，利用荧光蛋白标记明确亚细胞定位，并结合磷酸化抗体检测和点突变探究磷酸化与定位及功能的关系；通过沉默与过表达转化子的转录组分析和免疫共沉淀测序(ChIP-seq)在全基因组范围内寻找PsBZP32的调控基因和结合DNA元件并揭示其调控网络。研究结果不但可以阐明大豆疫霉转录因子PsBZP32的生物学功能及调控致病过程的分子机制，而且通过与植物病原真菌等比较，有望发现植物病原卵菌致病分子机理的独特之处，为挖掘高效的卵菌药剂靶标和设计植物疫病防控策略提供理论依据。

疫霉菌可以侵染上千种植物，引起的病害具有发病快、流行快、危害重、难防控等特点。这类病原菌隶属于茸鞭生物界的卵菌，与藻类的褐藻和硅藻等亲缘关系较近，由于过去都被误归为真菌，导致许多针对真菌病害开发的杀菌剂不能特异地靶向疫霉菌，防控效果并不明显。在研究中，疫霉菌的分离培养以及基因的定位、标记和遗传转化等操作相对困难，大量基因的功能尚未明确，对其生长发育和致病相关分子机理的研究相对滞后。基因转录调控对于病原菌的发育与致病等过程至关重要，而转录因子在其中发挥着重要作用。项目组前期发现疫霉菌的基因组中编码许多新型的bZIP转录因子，可能具有独特的转录调控机制。本项目进一步研究发现，PsBZP32参与休止孢萌发过程、氧化压力应答过程、以及对大豆的致病性，PsBZP32通过磷酸化状态和亚细胞定位改变等自身翻译后水平的调控实现对氧化压力应答，通过调控效应子、细胞骨架蛋白和氧化还原蛋白、信号传递途径蛋白等相关编码基因的转录实现其在上述过程中的功能。研究成果初步揭示了大豆疫霉转录因子PsBZP32的生物学功能及调控致病过程的分子机制，为挖掘高效的卵菌药剂靶标和设计植物疫病防控策略提供了新的理论依据。相关研究成果发表了6篇论文。其中，项目负责人以第一作者在国际期刊《Current Opinion in Microbiology》、《Molecular Plant-Microbe Interactions》、《Frontiers in Microbiology》和《PLoS One》发表SCI论文4篇，以第一作者在中文核心期刊《植物病理学报》和《南京农业大学学报》发表论文2篇。项目负责人于2016年底晋升副教授，与本项目相关的7名研究生和3名本科生均已顺利毕业。