疟疾是按蚊叮咬人体而感染疟原虫所引起的传染性疾病,每年造成数亿感染病例和数十万死亡病例。疟原虫具有复杂的生活史,脊椎动物和按蚊两个宿主,无性生殖和有性生殖两种生殖方式。疟原虫在不同的发育阶段展现出不同的细胞形态和生理状态。按蚊吸食含有配子体的血液后,配子体进入中肠并在按蚊代谢物黄尿酸(xanthurenic acid,XA)的诱导下开始有性生殖,即配子体—配子—合子—动合子—卵囊—子孢子等发育过程。雌雄配子体激活形成雌雄配子是有性生殖的第一步,也是疟原虫完成全生活周期和病原传播的重要阶段。尽管已有研究证明在人疟原虫(恶性疟)和鼠疟原虫(伯氏疟)中,3’,5’-环化鸟苷一磷酸(cyclic guanosine monophosphate,cGMP)信号通路参与调控配子体的激活,但仍没有直接证据证明鸟苷酸环化酶α(Guanylate Cyclase α,GCα)是该信号通路中催化GTP产生cGMP的鸟苷酸环化酶。本课题基于对PyGCα蛋白结构和功能的分析,证明GCα蛋白在配子体激活过程中所起到的调控作用。首先我们构建了 gcα基因内源加标签虫株,对GCα蛋白进行全生活周期的表达分析显示,该蛋白在红内期的滋养体、裂殖体、配子体和蚊期的卵囊和子孢子阶段都有表达,在细胞膜和细胞质中均有定位并且主要呈点状分布。接着我们对gcα基因进行启动子替换,以研究GCα蛋白在疟原虫有性发育过程中所起的作用,结果表明在配子体激活过程中,cGMP信号通路中是由GCα,催化GTP产生第二信使cGMP,从而调控下游一系列的细胞反应,GCβ并不参与此过程。GCα蛋白的拓扑结构分析,结果发现该蛋白可能存在翻译后修饰,导致了剪切的发生,产生了具有N端P4型ATP酶结构域(P4-type ATPase Domain,AD)和鸟苷酸环化酶催化结构域(Guanylate Cyclase Domain,GCD)两个蛋白,在疟原虫生活周期中行使功能。本研究以约氏疟原虫17XNL为模型,运用CRISPR/Cas9系统对GCα蛋白进行研究,证实该蛋白在配子体激活过程中的调控作用,并揭示了其独特的拓扑结构可能存在剪切。本研究为进一步研究GCα蛋白打下了基础,也为开发疟疾传播阻断疫苗提供了新的靶标。