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我校在稻瘟菌致病机制研究上取得新进展
  • 发布时间:2020-01-07
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  • 南湖网讯(记者刘彩云)4月16日,《New Phytologist》杂志在线发表了一篇由我校陈晓林研究组撰写的题为《稻瘟病菌发育和表观感染的新见解》的研究论文,揭示了蛋白质合成修饰调控稻瘟病菌的致病机制。植物科学与技术研究所2016年硕士研究生刘彩云和中国农业大学毕业生李志刚博士是论文的共同主要作者。副教授陈晓林是通讯作者。

    植物病原真菌的致病过程需要大量致病蛋白发挥作用。这些蛋白质的功能在致病过程中受到不同生物水平的精细调节。相扑修饰(小泛素样修饰)是泛素化修饰的一种。与通常介导蛋白质降解的泛素化修饰不同,SUMO修饰通常调节蛋白质稳定性、蛋白质核质转运和蛋白质结合功能。在这项研究中,研究人员敲除了SUMO修饰途径基因SMT3(SUMO)、AOS1(E1)、UBA2(E1)、UBC9(E2)和SIZ1(E3),所有这些基因都导致稻瘟病菌生长减慢、孢子产量下降、分生孢子形成受阻,表明SUMO修饰在稻瘟病菌的生长和孢子产量中起着重要的调节作用。这些基因敲除还可引起菌丝细胞缩短、分生孢子间隔减少和贴壁细胞核异常分裂等表型,表明SUMO修饰在与稻瘟病菌细胞周期相关的生物学过程中起着重要的调节作用。此外,发现这些敲除对各种环境压力敏感,例如细胞壁抑制剂、渗透压、活性氧种类、碱性酸碱度等。同时,各种环境压力会导致野生型菌株相扑水平的提高,表明相扑修饰在环境响应过程中起着重要的调节作用。通过SUMO修饰的蛋白质组分析鉴定了940个SUMO修饰的候选靶蛋白。生物信息学分析表明,它们参与了大量与上述表型相关的生物过程,大量报道的稻瘟病菌病原体相关蛋白可能是SUMO修饰的靶蛋白,包括与营养储存、环境响应、细胞周期、信号转导等过程相关的蛋白。

    作者进一步证明了相扑修饰可以直接调节附着细胞中与肌动蛋白环形成相关的4种Septin蛋白的功能。SUMO基因敲除体中4种Septin蛋白的修饰水平显著降低,Septin蛋白SUMO位点的突变可导致修饰水平降低,致病性减弱,蛋白质不能正常定位在肌动蛋白环中,从而揭示SUMO修饰通过调节Septin在肌动蛋白环中的定位参与功能性附着细胞的形成。同时,还发现相扑修饰可以调节两种不同效应蛋白的分泌。在SUMO敲除中,位于被感染菌丝BIC结构中的效应蛋白Avr-Pia和Avr-Piz-t以及位于EIHM膜中的效应蛋白Slp1不能正常分泌。由于这些效应蛋白不含相扑位点,相扑修饰可以间接调节效应蛋白的分泌。相扑(SUMO)可以通过直接调节分泌系统中的分子伴侣蛋白(如KAR2)参与不同效应蛋白的分泌,帮助病原真菌突破宿主防御机制,成功感染宿主。

    本研究首次系统深入地分析了相扑修饰在植物病原真菌中的生物学功能和调控机制。同时,还发现SUMO修饰调节附着细胞肌动蛋白环的形成,效应蛋白的分泌是SUMO修饰参与致病过程调节的关键机制。该项目由国家自然科学基金会()和学校自主创新基金(PY085)资助。

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    评论者:陈晓林

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