电子传递黄素蛋白ETF调控稻瘟病菌脂肪酸代谢和附着胞功能的机制研究

Rice blast, caused by Magnaporthe oryzae, is the most serious disease of rice production worldwide. Characterizing the mechanism of its pathogenicity has been a hot research topic to date. Appressorium is the major infection structure of M. oryzae, while fatty acid metabolism is crucial to its turgor formation and function. Electron-transferring flavoprotein ETF and its dehydrogenase ETFDH are electron transporters which participate in fatty acid β oxidation. Our previous study demonstrated that mutation of ETF and ETFDH impaired the growth, development and pathogenicity of M. oryzae, and that the mutants could not utilize exogenous fatty acid. However, the function of ETF in regulating regulating fatty acid metabolism and appressorium development remains unknown. The level of fatty acid metabolism and appressorium differentiation in ETF mutant, and function of different FTE protein variants will be investigated here, allowing for the dissection of the ETF mediated fatty acid metabolism and its function in growth, conidiation, appressorium formation and infection process of M. oryzae.

稻瘟病菌引起的稻瘟病是全球水稻生产的重大病害，对其致病机制的解析一直是植病研究的热点。附着胞是稻瘟病菌的主要侵染机构，而脂肪酸代谢对附着胞形成及致病功能的发挥至关重要。电子传递黄素蛋白ETF及其脱氢酶ETFDH是一类参与线粒体脂肪酸β氧化的电子转运体，前期的研究发现稻瘟病菌ETF及ETFDH突变影响了病菌的生长、产孢及致病性，且突变体不能有效利用外源脂肪酸，然而其具体作用机制尚不清楚。该项目拟从稻瘟病菌ETF和ETFDH突变体脂肪酸代谢水平、附着胞分化及功能、点突变以及蛋白互作等方面展开研究，分析稻瘟病菌电子传递黄素蛋白ETF及其脱氢酶ETFDH介导的脂肪酸代谢及其在病菌生长、产孢、附着胞形成及致病过程中的作用机制。

稻瘟病菌引起的稻瘟病是全世界水稻生产上的严重病害，对其致病机制的研究一直是中外学者的工作重点。我们前期的研究利用随机插入突变法鉴定到一个致病缺陷突变体，并克隆到被突变的基因是参与到脂肪酸beta氧化的电子传递黄素蛋白ETF。本研究利用基因敲除技术对ETF蛋白极其脱氢酶ETFDH在稻瘟病菌生长、产孢以及致病过程中的作用进行了详细的研究，同时也对ETF在稻瘟菌里的一个电子供体异戊酰基辅酶A脱氢酶IVD进行了研究。IVD是参与亮氨酸代谢第三步的关键酶。我们的结果发现，ETF及其脱氢酶ETFDH的突变引起稻瘟病菌在生长、产孢和致病性方面均存在严重缺陷，而在生长和产孢上的缺陷源于突变体内脂肪酸的积累，而致病性的缺陷源于突变体附着胞膨压的降低以及不能克服寄主的氧化胁迫。同时ETF突变体的ATP合成水平也受到了影响。非常有意思的是，虽然不如ETF突变体的缺陷严重，MoIVD突变体也在稻瘟菌生长、产孢和致病过程中产生缺陷，而突变体内异戊酸的积累是导致生长和产孢缺陷的主要原因，而致病性的缺陷主要源于无法克服寄主的氧化胁迫。MoIVD突变体不能有效地降解亮氨酸。亚细胞定位实验发现，ETF蛋白和MoIvd均定位于线粒体，且MoIvd蛋白可以和ETF蛋白的beta亚基（MoEtfb）互作。因此，我们的研究从脂肪酸和氨基酸代谢的角度阐明了稻瘟病菌侵染的机制。