Bbhog1调控昆虫病原真菌球孢白僵菌水分胁迫反应的分子基础

水分胁迫是影响昆虫病原真菌应用的重要因素。病原菌在田间应用或入侵昆虫后，通常受到干旱（RH<95%）或寄主血腔高渗环境引起的水分胁迫。但目前对昆虫病原真菌水分胁迫反应的分子机理，缺乏深入研究。我们研究发现，与酵母HOG1同源的信号蛋白Bbhog1是调控球孢白僵菌逆境胁迫反应的重要因子，破坏其编码基因导致菌株对高渗、高温、氧化等逆境胁迫敏感。为揭示Bbhog1调控水分胁迫反应的分子机理，课题组结合生物信息学和T-DNA随机插入突变等方法，从球孢白僵菌中克隆了9个与酵母HOG1靶标转录因子同源或相关基因。本项目利用基因破坏和互补等试验研究转录因子的功能，筛选水分胁迫下受Bbhog1调控的转录因子，通过染色质免疫共沉淀（CHIP）等技术分离转录因子在水分胁迫下调控的靶标基因；尝试利用基因工程改良菌株水分胁迫适应性。项目的完成，将为阐明昆虫病原真菌水分胁迫反应的分子机理和提高菌株的抗逆性奠定基础。

水分胁迫是影响昆虫病原真菌应用的重要因素。HOG1同源的信号蛋白Bbhog1是调控球孢白僵菌逆境胁迫反应的重要因子，破坏其编码基因导致菌株对高渗、高温、氧化等逆境胁迫敏感。为揭示Bbhog1调控水分胁迫反应的分子机理，课题组结合生物信息学和T-DNA随机插入突变等方法，从球孢白僵菌中克隆了9个与酵母HOG1靶标转录因子同源或相关基因。本项目利用基因破坏和互补试验，获得了7个转录因子和2个hog1下游基因敲出和回复互补转化子，揭示了3个转录因子与2个靶标基因的功能，探究了Slt2与钙调磷酸酶信号途径介导生防性状形成的交互作用，解析了Bbhog1介导水分胁迫反应的基因表达谱。其中，C2H2转录因子Bbmsn2介导白僵菌高渗及氧化胁迫反应、细胞壁完整性和毒力，依赖于pH值负介导卵胞菌素的合成。Zn2cys6转录因子Bbfcr1调节高渗、氧化胁迫反应，介导细胞壁和细胞膜完整性、孢子萌发和毒力。破坏Bbfcr1导致菌株对高渗、氧化胁迫以及细胞壁合成抑制剂的敏感性增强，对高温和细胞膜合成抑制剂高度敏感，细胞膜固醇含量显著降低，孢子萌发延迟，活力降低，毒力显著下降。MADS-box转录因子Bbrlm1调节白僵菌生长、细胞壁完整性和毒力。破坏Bbrlm1引起菌株生长速率降低，气生菌落变薄，并依赖于营养变化影响分生孢子产量，延迟了分生孢子萌发，并增强了菌株对细胞壁合成抑制剂刚果红的敏感性，毒力显著降低。Bbhog1下游基因Bbakr1编码一个醛酮还原酶，参与高渗和重金属铬胁迫反应，基因破坏引起胞内糖醇积累的变化，赤藓糖醇含量显著降低，并引起菌株对高渗胁迫和重金属铬的敏感性增强；而另一个下游基因Ohmm编码一个线粒体膜蛋白，干扰线粒体膜电位平衡和活性氧水平，负调节高渗、氧化胁迫反应和毒力。破坏Ohmm导致菌株对高渗、氧化胁迫耐受性增强，线粒体活性氧产生水平升高，膜电势发生改变，毒力显著提高。比较生物学、生理学和转录组学研究表明，Bbslt2和钙调磷酸酶信号途径在介导球孢白僵菌生长、产孢、细胞壁结构完整性和毒力等生物学过程中存在交互作用。比较转录组学分析发现，Bbhog1通过介导碳、氮代谢、酯代谢、次级代谢、细胞壁合成及代谢、逆境胁迫反应以及解毒等基因的表达，参与调节球孢白僵菌水分胁迫反应。研究结果为揭示昆虫病原真菌水分胁迫反应的分子机理和提高菌株的抗逆性奠定了基础。