小麦条锈菌Zn2Cys6转录因子在致病性中的作用机理研究

Stripe rust is a serious disease of wheat worldwide. Frequent virulence variation of Puccina strimormis f.sp. tritici is the main reason for epidemic and harsh control of stripe rust. It is important to study the mechanism of infection of P.st for durable control of stripe rust. Transcription factors regulate all biological process in cells by regulating gene expression. Zn2Cys6 transcription factors are fungal specific and closely related to virulence of pathogen. Sequencing and annotation of whole genome of P.st showed that Zn2Cys6 type transcription factors were conserved in obligate pathogens and genes missing was found compared to non-obligate pathogens. The main purpose of the project is to elucidate the infection mechanism related to Zn2Cys6 transcription factors by studying genes expression profile with qRT-PCR, subcellular localization, gene functions with Ustilago maydis mutants,target genes validation by yeast two hybrid system, and gene function with HIGS. The research will enrich the knowledge of transcription factors of P.st, and facilitate to uncover the basic mechanism of wheat-P.st interaction and it can be further as a foundation of strategy for stripe rust effective control.

小麦条锈病是世界小麦生产上的重要病害。条锈病菌毒性的频繁变异，是导致条锈病流行和防治难的主要原因。因此，深入研究条锈菌致病机制对持久防治条锈病将具有重要意义。真菌转录因子通过调控基因表达而控制细胞各个生物学过程。其中，Zn2Cys6转录因子是真菌特有转录因子，与病原菌致病性密切相关。对条锈菌全基因组测序和功能注释表明，条锈菌Zn2Cys6类转录因子在专性寄生真菌中比较保守，而与非专性寄生真菌相比存在大量的基因缺失。因此，本项目拟利用qRT-PCR表达谱分析、亚细胞定位研究体系、玉米黑粉菌突变体研究体系、酵母双杂交体系及HIGS体系等来分析Zn2Cys6类型转录因子在小麦条锈菌侵染过程中的作用。研究结果将丰富对小麦条锈菌转录因子的认识，为揭示小麦条锈菌-小麦互作分子机制奠定基础，进而为制定小麦条锈病的防控策略提供依据。

小麦条锈病是世界范围内小麦生产上的重要病害。小麦条锈病菌毒性的频繁变异，是导致条锈病流行和防治难的主要原因。因此，深入研究条锈菌致病机制对持久防治条锈病将具有重要意义。真菌转录因子通过调控基因表达而控制细胞各个生物学过程。其中，Zn2Cys6类型转录因子是真菌特有转录因子，与病原菌致病性密切相关。本研究克隆到一个小麦条锈菌Zn2Cys6类型转录因子PsRds2，该基因ORF全长1500bp，编码499个氨基酸，含有Zn2Cys6和PAS两个DNA结合结构域。利用qRT-PCR技术研究了PsRds2在小麦条锈菌侵染过程中的表达谱，该基因在接种后24h和36h的表达水平分别为对照水平的19和43倍，表明该基因在接种后诱导表达，该基因可能参与了小麦条锈菌的致病过程；利用拟南芥原生质体转化技术，对PsRds2进行了亚细胞定位研究，结果证实该基因在细胞核表达；利用酵母单杂交体系证实了该基因的转录激活功能；利用寄主诱导的基因沉默技术（HIGS）分析了该基因在小麦条锈菌侵染过程中的作用，结果表明该基因的沉默导致了小麦条锈菌致病力的减弱，进一步证明该基因参与了小麦条锈菌的致病过程。另外，在鉴定小麦条锈菌转录因子过程中，对双核真菌的转录因子进行了生物信息学分析和比较基因组学的研究。本研究通过对双核真菌中转录因子分布的分析，发现了众多在担子菌和子囊菌中差异存在，及在锈菌中特异分布的转录因子。以上研究丰富了对真菌转录因子的认识，为揭示小麦条锈菌-小麦互作分子机制奠定了基础，进而为制定小麦条锈病的防控策略提供了依据。