稻瘟病菌热激蛋白复合体MoSsbl-MoSszl-MoZuol及SNARE蛋白MoSec22的互作蛋白在致病过程中的功能分析

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由稻瘟病菌引起的稻瘟病是水稻上的三大病害之一,在世界各地均有发生,发生后造成不同程度的减产,给水稻等谷类作物的安全生产带来了严重威胁。目前防治稻瘟病主要采用选育抗病高产的优质品种,同时结合化学药物防治。由于稻瘟病菌生理小种易变,抗病品种种植过一段时间后其抗性容易丢失,所以防治稻瘟病一直是水稻种植生产上的一大难题。2005年稻瘟病菌全基因组测序完成,为从分子水平上对稻瘟病菌中的致病相关基因的功能和分子机制的研究提供了重要基础。本文主要有两部分内容:一部分是鉴定到了3个核糖体相关的分子伴侣蛋白,对它们在稻瘟病菌致病过程中功能进行分析,并解析其作用机制;另一部分是对实验室前期研究过SNARE蛋白MoSec22的互作蛋白进行筛选和鉴定,以求进一步探究其作用机制。分子伴侣是能够结合与稳定另一种蛋白质的构象,并通过有序地结合和释放,促进新生多肽链的折叠、多聚体的组装或降解,以及协助细胞器蛋白的跨膜运输的一类蛋白质,其中最大的一类为热激蛋白。本实验室前期发现蛋白激酶MoMkk1介导的MAPK信号途径控制稻瘟病菌的细胞壁完整性与致病力,为了进一步揭示其作用机制,我们采用co-IP的方法筛选MoMkk1的互作蛋白,其中鉴定到1个Hsp70家族的热激蛋白MoSsb1,进一步co-IP分析发现MoSsb1与Hsp70家族的热激蛋白MoSsz1和Hsp40家族的热激蛋白MoZuo1形成复合体,该复合体结合在核糖体上帮助新生多肽链的折叠和加工。我们进一步获得了这三个基因的敲除突变体,并分析了它们的生物学表型。结果发现与野生型Guy11相比,突变体ΔMossb1、ΔMossz1和ΔMozuo1的营养生长均显著减慢,产孢量显著下降,且大部分孢子的形态异常。突变体在水稻和大麦上的致病力显著下降,几乎不形成典型病斑;突变体的分生孢子附着胞形成减慢,膨压异常;同时观察到,3个突变体对渗透压胁迫因子的耐受性发生改变,并影响了稻瘟病菌有性生殖过程。进一步分析发现,MoSsb1、MoSsz1和MoZuo1通过调节MoMkk1蛋白的合成从而控制细胞壁完整性MAPK通路,暗示MoMkk1可能是MoSsb1的一个潜在底物蛋白。上述结果表明,MoSsb1、MoSsz1和MoZuo1具有分子伴侣的保守功能。研究结果对进一步研究稻瘟病菌中Hsp70和Hsp40家族分子伴侣如何调控不同的信号通路来控制致病力具有重要参考价值。SNARE(可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感性因子附着型的蛋白受体)蛋白是一类在囊泡运输过程中发挥重要功能的蛋白,在胞吞和外泌等过程中都有着极其重要的作用。实验室前期研究发现SNARE蛋白MoSec22影响稻瘟病菌的生长、产孢、胞吞、细胞壁完整性和致病等过程,至于MoSec22调控这些过程的生物学机制,目前还不清楚。为了进一步研究它们的作用机制,我们采用免疫共沉淀和酵母双杂交寻找它的互作蛋白,最终鉴定到了一个MoSec22的互作蛋白MoPma1,MoPma1是一个质膜ATP酶。质膜ATP酶的主要功能是通过降解ATP产生能量来实现质子逆向从细胞内运输到细胞外,使细胞膜两侧产生H+电化学梯度,并为一系列通道蛋白提供能量,同时调节细胞间pH来保证各种生命活动的正常进行。真菌中主要调控胞内pH的是V-ATPases和P型质子泵Pma1,我们通过实验发现MoPma1参与调控稻瘟病菌的营养生长、分生孢子产生和致病等过程。进一步研究表明,MoPma1与质膜共定位,并对维持胞内的pH十分重要。另外,我们发现MoPma1作为SNARE蛋白MoSec22的一个货物蛋白被运输到高尔基体上,再由MoSso1和MoSso2运送到细胞膜上维持胞内pH。
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