形态转换调控因子Wor1在球孢白僵菌中的生物学功能及其作用机理研究

Beauveria bassiana, an important entomopathogenic fungus, undergoes a series of morphological changes in an entire infection cycle. Morphological transitions from mycelia to blastospores and mycelia toconidia are crucial for the saprophytic and parasitic growth of B. bassiana. So B.bassiana has been used as an ideal model fungus to determine the mechanisms of fungal development and insect-fungus interactions. Wor1 is a master transcription factor in morphological switch, which regulates the infection of pathogenic fungi to humans and plants, while the functions of Wor1 are unclear in entomopathogenic fungi. This study is sought to find alternative strategy for enhancing the fungal virulence by elucidating the function of Wor1 in the B.bassiana. First, the gene knock-out technology were used to elucidate the role of Wor1 in fungal development, morphological changes and pathogenicity Second,Chip-Seq and transcriptome analysis were characterized to identify the target genes downstream of the Wor1. Third, the function mediated by the target protein of Wor1 was characterized with the strategy of gene replacement. Finally, the functional genes controlled by Wor1 was used to construct the recombinant strain with improved virulence and biocontrol potential. These results would be the first finding elucidating the function and mechanism of Wor1 in entomopathogenic fungi, and add the new knowledge to what are known about the virulence of entomopathogen. Such theory and technique would be helpful for fungal pathogenicity research and genetic improvement.

昆虫病原真菌侵染害虫时，经历了多样的形态转化，尤其包含特有的菌丝发育成芽生孢子过程。前期工作显示：球孢白僵菌Wor1基因控制真菌的生长发育和致病力。本项目拟利用球孢白僵菌体系，对Wor1开展深入的研究，重点解析其生物学功能和调控机制。首先，通过基因敲除等技术，解析Wor1在昆虫病原真菌中的生物学功能；第二，通过免疫共沉淀测序(Chip-Seq)和转录组分析，鉴定Wor1的靶基因；第三，利用基因敲除技术和生化技术，阐明Wor1关键靶基因的功能；最后，利用Wor1调控的关键靶基因构建毒力显著增强的重组菌株。本项目的实施和完成将首次明确Wor1在生防真菌中的生物学功能和调控机制，有助于完善杀虫真菌形态转化和侵染毒力的理论体系，有利于形成增强生防真菌毒力的全新技术方案，为生防真菌制剂的技术进步和产业化进程提供新的思路。

昆虫病原真菌侵染害虫时，经历了多样的形态转化，尤其包含特有的菌丝发育成芽生孢子过程。转录因子 Wor1(White-Opaque-Regulator 1)是细胞形态转换的主调控因子，但是Wor1研究目前主要局限于人类病原真菌等少数领域，在昆虫病原真菌中尚未开展。因此，本项目利用球孢白僵菌这一模式昆虫病原真菌体系，对Wor1开展深入的研究，解析其生物学功能及调控机制，发掘和利用新的毒力因子，增加该菌种的生防潜力。首先，通过基因敲除/回补等技术，确定Wor1在昆虫病原真菌中正向调控分生孢子和芽生孢子的产生，负向调控菌丝状态的生长，同时显著影响球孢白僵菌的侵染毒力；第二，通过转录组分析，深度剖析Wor1在分生孢子、芽生孢子和菌丝三种形态转换过程中启动不同的转录过程，并结合酵母单杂技术，证明Wor1对类过敏原蛋白基因BBA_02580和分生孢子壁蛋白基因BBA_09998有直接的调控作用；第三，利用基因敲除技术和生化技术，阐明调控真菌细胞形态的关键蛋白BbTdp1和BbTCP1参与球孢白僵菌的生长发育和侵染毒力等生物学进程；最后，基于以上研究中发现的真菌细胞形态、代谢与毒力之间存在的关联性，建立流式细胞术高通量筛选常压室温等离子体(ARTP)诱变菌株的体系，也获得一株超表达海藻糖代谢关键基因的毒力显著增强的重组菌株。本项目的实施和完成将首次明确Wor1在生防真菌中的生物学功能和调控机制，有助于完善杀虫真菌形态转化和侵染毒力的理论体系，有利于形成增强生防真菌毒力的全新技术方案，为生防真菌制剂的技术进步和产业化进程提供新的思路。项目以第一标注资助发表SCI论文6篇，待发表1篇，授权发明专利2项，培养硕士研究生7名，其中5名已获得硕士学位，2名在读。项目投入直接经费25.0万元，支出13.0205万元，剩余经费11.9795万元，将用于本项目研究的后续支出。