效应蛋白基因Uv2169在稻曲病菌致病与无性产孢中的功能研究

The fungal pathogen Ustilaginoidea virens infects rice flower and forms ustiloxins-producing ball-like colony, affecting grain quality and food safety. As the important propagule of U. virens, asexual spore directly launches infection and causes rice false smut disease. However, the underlying mechanisms of U. virens pathogenicity and asexual sporulation remain unclear. Previously, we found that an effector gene Uv2169 from U. virens was involved in the regulation of plant innate immunity and the production of U. virens asexual spores. In this proposal, roles of Uv2169 in the regulation of pathogenicity and asexual sporulation will be further dertermined. To examine the expression patterns of Uv2169 and its protein localization, methods of quantitative real-time PCR and immunofluorescence combined with fluorescent protein expression will be applied. Moreover, U. virens strains overexpressing or silencing Uv2169 will be obtained via Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation. Their pathogenicity and asexual sporulation ability will be comparatively analyzed. In addition, polymorphisms of Uv2169 among different isolates from rice production areas across China will be examined. Association analysis of Uv2169 polymorphisms with the functions in pathogenicity and asexual sporulation will be performed. The outcome of the proposed research will enhance our understandings on the pathogenicity of U. virens and the regulation of asexual sporulation, and provide theoretical basis for exploring new targets to control rice false smut disease.

稻曲病菌侵染水稻颖花形成含有真菌毒素的稻曲球，严重影响稻米品质与食用安全性。无性孢子是稻曲病菌的重要繁殖体，可直接侵染水稻引发稻曲病。但目前对稻曲病菌致病和无性孢子形成机制的认识十分有限。我们前期研究发现，效应蛋白基因Uv2169参与调控植物免疫反应和稻曲病菌无性孢子的生产量。为进一步解析该基因在稻曲病菌致病与无性产孢中的功能，本项目拟通过荧光定量PCR、免疫荧光结合荧光蛋白融合表达技术，研究Uv2169在稻曲病菌侵染水稻颖花和无性产孢过程中的表达特征与蛋白定位。同时，构建Uv2169超表达和基因沉默菌株，明确该基因表达水平变化对稻曲病菌致病与无性产孢的影响；进而分析Uv2169基因在不同来源的稻曲病菌群体中的序列多态性，并与菌株的致病力和产孢能力进行关联分析，揭示基因多态性与功能的关系。本研究不仅会加深我们对稻曲病菌致病与无性产孢机制的认识，而且可为寻找稻曲病防控新靶标提供理论依据。

稻曲病菌侵染水稻颖花形成含有真菌毒素的稻曲球，严重影响稻米品质与食用安全。无性孢子是稻曲病菌的重要繁殖体，可直接侵染水稻引发稻曲病。但目前对稻曲病菌致病和无性孢子形成机制的认识十分有限。本项目针对稻曲病菌效应蛋白基因Uv2169/UV_1261在致病和无性产孢过程中的作用进行了深入研究。表达模式分析表明，Uv2169/UV_1261的表达量在接种后1 d和5 d上调表达，至15 dpi表达水平最高，说明该基因在稻曲病菌侵染的两个时期发挥重要作用，即颖壳表面附生阶段与稻曲球长大阶段。亚细胞定位与防御反应分析显示，该基因编码的蛋白定位在叶绿体、细胞核与细胞质中，其中叶绿体定位可能与抑制植物先天免疫相关，包括抑制PAMP分子诱导的ROS迸发、胼胝质沉积和防御相关基因表达。稻曲病菌侵染水稻颖花后，可将Uv2169/UV_1261分泌至水稻细胞中，对水稻防御相关基因的表达具有显著抑制。遗传与表型分析表明，干扰Uv2169/UV_1261基因表达不影响菌落生长，但减弱了无性产孢能力，使稻曲病菌致病力显著下降，表现为在水稻穗部形成的稻曲球减少。有趣的是，Uv2169/UV_1261在全国各地收集的100余个菌株中高度保守，没有序列多态性。本项目研究结果，为揭示稻曲病菌的致病机理提供了重要理论基础，也为花器官特异侵染病害的发病机理研究提供借鉴。同时本项目鉴定出Uv2169/UV_1261为稻曲病菌特异的高度保守的核心致病因子，可以作为稻曲病防控的潜在分子靶标。