氨基酸调控寡孢节丛孢产生捕食器官的分子基础

Nematode-trapping fungi play important roles in maintaining nematode population density in natural environments, and they are important materials for biological control of animal and plant disease caused by nematodes. Trapping devices (traps) are the important tools for fungi to capture nematodes, and the formation of traps by nematode-trapping fungi is an important indicator of their switch from the saprophytic to the predacious lifestyles. Previous studies found that several amino acids can induce the nematode-trapping fungi to produce traps, while little is known about the molecular basis of amino acids regulate the trap formation in the nematode-trapping fungi. In this study, the fungus Arthrobotrys oligospora, a typical strain of nematode-trapping fungi, was used to screen amino acids which could induce the trap formation effectively, and identify the candidate genes involved in the regualtion of trap formation in A. oligospora under induction conditions by amino acids using transcriptomic and Real time PCR analyses, and reveal the biological roles of candidate genes in A. oligospora using gene knockout and complementary experiments, and identify the genes and related pathways involved in the regulation of trap formation during induction process by amino acids. Our results will provide a basis to elucidate the molecular mechanism of trap formation, improve the nematicidal activity of nematode-trapping fungi and develop more targeted anti-nematode agents.

捕食线虫真菌是自然界中控制线虫种群数量的重要因子，也是动植物线虫病害生物防治的重要研究材料。捕食器官是真菌捕杀线虫的重要武器，也是捕食线虫真菌从腐生转变为寄生生活的重要标志。前期研究发现，部分氨基酸能诱导捕食线虫真菌产生捕食器官，然而相关的分子机制未见报道。本项目以捕食线虫真菌寡孢节丛孢作为研究对象，筛选能有效诱导寡孢节丛孢产生捕食器官的氨基酸；通过转录组技术和Real time PCR技术比较在氨基酸诱导和非诱导条件下寡孢节丛孢的基因表达差异，确定参与氨基酸诱导真菌产生捕食器官的候选基因；通过基因敲除和互补实验进一步鉴定候选基因的功能，确定参与氨基酸调控寡孢节丛孢形成捕食器官的关键基因和相关生物学途径。本项目研究结果不仅为揭示捕食线虫真菌形成捕食器官的分子机制奠定基础，同时也为提高捕食线虫真菌捕杀线虫的能力和开发高效线虫生防制剂奠定基础。

本项目以寡孢节丛孢 (Arthrobotrys oligospora) 为研究对象，围绕氨基酸诱导寡孢节丛孢形成捕食器官的调控机制，利用定量PCR技术筛选候选功能基因，通过基因敲除等分子生物学手段鉴定候选基因的功能，初步阐明氨基酸调控寡孢节丛孢形成捕食器官的分子机制。首先我们对氨基酸诱导寡孢节丛孢产生捕食器官的条件进行了系统的研究，通过Real time PCR方法对寡孢节丛孢基因组中的与氨基酸诱导产生捕食器官的相关基因进行了转录水平的分析，在此基础上对G蛋白信号中的部分基因和营养调控相关基因TOR及GCN2进行了基因敲除，对它们的表型特征变化进行了比较。通过研究发现，GPCR对寡孢节丛孢的生长、产孢和捕食器官的形成具有一定的影响，而PKA（43g480）对寡孢节丛孢的产孢和捕食器官形成具有重要的调控作用，其突变菌株丧失了产生捕食器官的能力；钙调蛋白激酶对寡孢节丛孢的生长没有明显的生长，但影响真菌的产孢；丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（112g24）和PKC（6g6）对寡孢节丛孢的产孢和捕食器官形成也有调控作用；与氨基酸和营养信号调控相关的蛋白TOR和GCN2对寡孢节丛孢的生长和产孢有一定的调控作用，重要的是把这些基因敲除以后，突变株在氨基酸诱导条件下丧失了产生捕食器官的能力，它们与氨基酸诱导寡孢节丛孢形成捕食器官密切相关。通过以上系列的工作，我们初步阐明了氨基酸诱导寡孢节丛孢产生捕食器官的分子机制，为构建高效线虫生防制剂奠定了良好的基础。. 通过以上系统的工作，培养了7名研究生；以第一或通讯作者发表了7篇研究论文，其中SCI论文6篇，3篇论文在本学科领域Top杂志Biological Reviews (5年影响因子IF=11.74，生物学期刊84种中排名第2) 和Biotechnology Advances (5年影响因子IF=11.866，生物技术和应用微生物期刊158种中排名第6) 发表。申报专利2项，1项获得授权。荣获2015年云南省科技奖自然科学特等奖1项，排名第三。同时参编2本专著3个章节的编写，其中以第一作者完成两个章节的编写。此外，为了集成更高水平的研究成果，本项目的部分研究成果在写作或投稿过程中。