尿嘧啶合成关键基因MoURA3在稻瘟病菌生长发育和致病过程中的生物学功能分析

Uracil is important raw material of nucleic acid synthesis, which contain de novo synthesis and salvage pathway. Our previous study revealed that orotate phosphoribosyl transferase (OPRTase) MoPyr5 plays important role in growth, development and pathogenicity of Magnaporthe oryzae. In this study, the biological phenotypes of orotidine 5’-phosphate decarboxylase (OMPdecase) MoUra3, downstream of MoPyr5, will be analysed in comparison with the wild type Guy11. To further explore the binding proteins of MoUra3, co-IP and yeast two hybrid system will be adopted using MoUra3 as a bait protein. The candidate binding proteins will be analysed by bioinformatics and their interaction with MoUra3 will be further confirmed by co-IP. The confirmed candidates will be selected to knock out and functional characterized. These results will not only reveal the uracil synthesis pathway involving in growth, development and virulence of M. oryzae, but also provide insight into the design novel disease management strategies targeted with uracil associated protein.

尿嘧啶是生物体核酸合成的重要原材料，其合成存在两条途径，从头合成和补救途径。申请者前期研究发现稻瘟病菌尿嘧啶合成途径中乳清酸磷酸核糖转移酶MoPyr5调控该病菌的生长发育及对水稻的致病性。本项目拟阐明该蛋白下游乳清酸磷酸脱羧酶MoUra3在稻瘟病菌生长发育和致病中的作用，并且采用co-IP与酵母双杂技术鉴定MoUra3的互作蛋白；进一步对互作蛋白的编码基因进行敲除，并分析其生物学表型，从而阐明MoUra3介导的基因调控网络在稻瘟病菌生长发育及致病过程中的作用机制。研究结果不仅有助于深入揭示尿嘧啶合成途径介导的分子机制，而且可为开发以尿嘧啶合成相关蛋白为靶标的新型杀菌剂提供参考。

稻瘟病菌引起的稻瘟病是水稻生产上一种重要病害，严重威胁着世界粮食安全生产。核酸合成途径对稻瘟病菌的生长发育和致病过程具有重要作用。本课题采用基因敲除策略，对稻瘟病菌核酸合成关键基因MoURA2进行了敲除突变，结果发现该基因影响尿嘧啶的合成，进而影响其生长；同时该突变体产孢量明显下降，对水稻叶部和根部的致病力均下降。此外，还利用基因敲除技术对另外两个基因MoOAF22和MoBEM2进行了敲除，结果发现MoOAF22调控稻瘟病菌营养生长、细胞壁完整性和对胁迫的应答；MoBEM2调控稻瘟病菌分生孢子形态建成和附着胞的形成。与此同时，还利用农杆菌介导的植物遗传转化技术将枯草芽孢杆菌中草酸脱羧酶基因OxDC成功转入水稻品种日本晴中，获得成功表达的转基因水稻，通过转录组分析和致病性分析，草酸脱羧酶基因通过调控谷氧还蛋白家族和MADS-box蛋白表达，从而调控活性氧的迸发，从而影响植物抗病性。综上所述，本研究通过基因敲除策略探究了核酸合成关键蛋白MoUra2、Rho型GTPase激活蛋白MoBem2和油酸激活型转录因子MoOaf22在稻瘟病菌生长和致病过程中的功能，本研究为深入探究稻瘟病菌的致病机制提供了参考。项目执行期间发表论文3篇，其中SCI1篇。培养硕士研究生1名，在读。项目投入经费24万元，支出6.4653万元，剩余经费17.5347万元，剩余经费计划用于本项目研究的后续支出。