捕食线虫真菌的收缩环感触反应机制

Nematodes are essential component of ecosystem and important pathogens of animals and plants. Nematode-trapping fungi regulate nematode dynamics in nature by capturing nematodes with special trapping devices developed from hyphae. The constricting ring as sophistical trapping device composed by 3 cells which rapidly triple inflated their volume within 0.1 to 1s stimulated by the nematodes. Our initial metabolic inhibitor experiment indicated that the ring thigmonasty is related to cytoskeleton, calcium ion channels and phosphorylases. The aims of current proposal are 1) to investigate the role of cytoskeleton microfilament proteins in thigmonastic response by actin fluorescent labeling technique; 2) to identify the functions of related genes involving in calcium ion channel, G-protein-coupled receptors and phosphorylases by gene knock out technique; 3) to reveal ring thigmonastic mechanism by transcriptome analysis of conidia constricting ring and metabolic inhibitor bioassay. The results are not only providing new insightthigmonastic response and morphological changes of fungal cells, but also enrich knowledge of fungal carnivorism and biological thigmonastic response.

线虫是生态系统重要组成部分和动植物病原物，捕食线虫真菌通过菌丝特化成的捕食器官捕捉线虫，在自然条件下对线虫动态起重要调控作用。收缩环捕捉线虫时，环细胞在0.1-1秒内膨胀三倍以上，前期代谢抑制研究表明细胞骨架、钙离子通道及磷酸化酶与环细胞的感触反应及收缩有关。本项申请以Drechslerella stenobrocha为研究对象，通过对actin蛋白进行荧光标记结合显微观察，明确细胞骨架微丝蛋白在感触反应中的作用；通过基因敲除技术，明确钙离子通道、G蛋白偶联受体及酸磷酸化酶在收缩环感触反应及收缩过程中的作用；通过孢子捕食器官转录组分析，并结合代谢抑制剂验证，最终解析收缩环感触反应及细胞膨胀的分子机制。研究结果不仅对研究真菌感触反应和细胞形态变化具有重要意义，而且丰富了真菌捕食及生物感触反应的知识。

捕食线虫真菌通过菌丝特化成的捕食器官捕捉线虫，在自然条件下对线虫动态起重要调控作用。其中，收缩环细胞能在0.1-1秒内膨胀三倍以捕捉线虫。而收缩环细胞的膨胀机制尚未明确。本项目深入探究了捕食线虫真菌的捕食分子机制，取得如下重要研究进展：. 1）构建了收缩环形成真菌研究体系。以收缩环形成真菌Drechslerella. Dactyloides为研究材料，建立了诱导孢子捕食器官形成体系及菌丝捕食器官同步形成和膨胀技术体系，同步率80%以上；成功构建了该菌的遗传转化体系。为收缩环细胞膨胀机制研究提供了支撑。. 2）明确了细胞骨架在收缩环膨胀反应中的作用。通过动态观察细胞骨架在收缩环膨胀前后的荧光变化和敲除与微丝蛋白组装相关的CAPZA，结合转录组分析，明确了细胞骨架微丝蛋白参与了收缩环的形成并在环细胞膨胀是细胞骨架解聚。. 3）探讨了收缩环细胞膨胀的分子机制。通过比较了孢子收缩环膨胀前后及孢子转录组分析，预测了与收缩环细胞膨胀相关的基因。通过基因敲除，证明了与收缩环膨胀相关的重要基因——MAPK下游的Ste12转录因子以及囊泡融合相关基因Snc1和Exo70的作用。此外，通过DCFH-DA荧光探针标记以及DAB染色，发现ROS可能参与了收缩环的膨胀过程。. 4）阐述了钙离子通路在捕食器官形成中的重要作用。在捕食菌的适应性进化基因组特征分析中发现所有捕食菌低亲和性钙离子通道具有一个特有的fig1基因，并与捕食器官形成密切相关。. 以上研究结果丰富了我们对真菌捕食及细胞迅速膨胀反应的认知，为进一步研究真菌捕食分子机制奠定了基础。部分研究结果发表在Fungal Biology和Applied Microbiology and Biotechnology上（各1篇）。共培养研究生2人，博士后1人。