稻瘟病菌组蛋白甲基转移酶MoKmt3的功能分析及其潜在应用

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稻瘟病是水稻主要病害之一,严重影响世界稻米产量,其致病菌为丝状真菌稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)。目前水稻抗稻瘟病育种是主要的防治方法,同时辅以化学和生物防治,但由于稻瘟病菌生理小种易突变,高抗品种长期种植也会变得感病、长期使用传统农药会增强稻瘟病菌的耐药性,导致稻瘟病的防控十分艰难。稻瘟病菌作为研究真菌-寄主互作的重要模式生物之一,深入了解稻瘟病菌致病机制,对稻瘟病的防治具有重要意义。表观遗传修饰是指在遗传物质不改变的情况下,对DNA或组蛋白进行共价修饰,使基因的表达发生可遗传的变化。KMT3是一类组蛋白甲基转移酶,在转录过程中发挥重要作用,但在抗病功能方面研究较少。本文鉴定了稻瘟病菌的组蛋白甲基转移酶KMT3,初步解析了MoKmt3在调控稻瘟病菌生长发育、致病性和响应外界环境刺激中的作用。利用同源重组的方法对MoKMT3基因进行靶向敲除,获得功能缺失突变体ΔMokmt3。在营养生长方面,ΔMokmt3生长减缓、气生菌丝变白、黑色素积累减少;在分生孢子和附着胞形态建成方面,产孢与附着胞形成存在缺陷、分子孢子在萌发过程中形态异常;在致病力方面,大麦叶片离体接种和水稻活体喷雾接种均使叶片致病性基本丧失;这些结果表明MoKmt3在稻瘟病菌的营养生长、生殖生长以及致病性过程中发挥功能。值得注意的是,在蛋白水平上,该基因的缺失并未引起H3K36me3的显著变化,推测MoKmt3可能参与调控特异靶基因位点的H3K36me3水平。RNA-Seq分析表明ΔMokmt3的差异表达基因在跨膜转运体活动、氨基酸代谢、糖代谢等生物学过程中发挥作用,碳源替代实验也证实了MoKmt3可以参与稻瘟病菌调控碳水化合物代谢途径。此外,MoKmt3还参与调控Osm1介导的MAPK信号途径、影响细胞壁完整性,说明MoKmt3在响应逆境胁迫的过程中也具有重要的作用。综上所述,本论文结果表明MoKmt3在调控稻瘟病菌生长发育和致病性、碳水化合物代谢和响应逆境胁迫等过程中发挥重要作用,可作为防控稻瘟病的潜在药物靶标。
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