稻瘟病菌TRX家族成员激活其靶基因及PMK1信号通路的分子机制研究

Rice blast, caused by the ascomycete Magnaporthe oryzae, is one of the world's most serious plant diseases. It is a significant threat to grain yield and food security in China. For a long time, to control it using traditional tools had little achievements, even worse is that the environment is destroyed to a varying degree. For the past few years, exploration of the molecular mechanism of rice blast has been a hotspot. It is generally believed that this way will be the breakthrough point in rice disease control. To invade rice plants, Magnaporthe oryzae forms specialized cells called appressoria. It is the most important link in the entire infection process. Recent evidence suggests the formation and penetration of appressoria are controlled by a MAPK pathway in Magnaporthe grisea, called PMK1 signaling pathway. However, activation mechanism of this pathway is unclear yet. Therefore, we will identify TRX genes in Magnaporthe grisea in this project and investigate their roles in the activation of PMK1 signal pathway. To the point of this, infection-related targets of TRX genes will be selected for functional characterization, and then the regulatory mechanisms of TRX genes will be elucidated. The results will lay a basis for further studies on the biology of plant infection by Magnaporthe oryzae.

稻瘟病是一种世界性的真菌病害，由稻瘟病菌侵染水稻产生，对我国粮食产量和安全造成了严重的威胁。长期以来通过化学防治等传统方法对稻瘟病防控收效甚微，且会造成环境的污染。近年来，采用分子生物学手段揭示稻瘟病发生的分子机理，成为热点研究内容，并普遍认为将是防治稻瘟病的突破口。通过研究稻瘟病菌的侵染过程，发现附着胞的形成和穿透是一个关键环节，决定病原菌能否完成侵染。目前已知有关附着胞的活动主要受PMK1所在的MAPK信号通路控制，而激活该通路的具体机制，至今尚不清楚。为此，本项目拟在前期研究基础上，对可能参与PMK1信号通路激活的TRX基因家族成员，进行深入的功能分析，探究该类基因参与激活PMK1信号通路的分子机制。并以此为切入点，筛选与侵染相关重要途径中的TRX靶基因，全面分析靶基因的功能及TRX基因的调控机理，为揭示稻瘟病菌的侵染机制提供参考，同时也为稻瘟病的防治工作提供理论依据。

水稻稻瘟病由稻瘟菌引起，是一种世界范围内广泛存在的重要真菌病害。稻瘟菌在接触水稻叶表面后会形成附着胞，这种结构的形成是侵染必须的。附着胞的形成受到了MST11-MST7-PMK1这一真菌中重要的丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路的调控。项目前期的研究表明，作为细胞氧化还原系统的核心蛋白，硫氧还蛋白Trx2的缺失影响了附着胞的形成及致病力。为了明确氧化还原系统在稻瘟菌侵染中的作用，我们对Trx基因的功能以及与PMK1信号通路的关系进行了系统的研究，首先通过TpEY分析，发现TRX2基因的缺失影响了Pmk1的磷酸化水平。在此基础上通过非变性凝胶电泳证实Trx2通过调控Mst7的聚合状态影响下游Pmk1的激活。对Mst7中半胱氨酸进行点突变，发现第305位半胱氨酸对Mst7的正确折叠及功能至关重要。我们还通过免疫共沉淀实验证明了Trx2与Mst7的相互作用，而将过激活的Mst7导入trx突变体中，可以恢复该突变体的侵染能力。这进一步证明了Mst7是Trx2的下游靶基因，受到Trx2的直接调控。我们还对硫氧还蛋白还原酶进行了功能的分析，了解了其对Trx2功能的影响。综合来说，通过对Trx2与Mst7相互作用的解析，我们明确了细胞氧化还原系统对MAPK信号通路的激活，为研究侵染相关通路和系统之间的交叉互作关系提供了新思路。在此研究的基础上，我们还在另一种重要的致病真菌小麦赤霉菌中，对Trx2的上游基因Ap1以及另两个相关转录因子Atf1、Skn7的功能进行了分析，明确了他们之间的相互关系以及在侵染产毒过程中的重要作用，还发现了MAPK信号通路反馈调节这几个基因的表达。除此之外，我们还得另一个重要的信号通路cAMP-PKA信号通路的上游调控因子PDE基因进行了鉴定和功能分析，探究了该信号通路的激活和调控机制。这些研究是对本项目的拓展，完善了对致病真菌氧化还原系统和信号通路的认识。