小麦赤霉病菌中麦角甾醇合成调控机制研究

Ergosterol is essential fungal membrane lipid components and many kinds of sterol biosynthesis inhibitors (SBIs) target the enzyme of ergosterol biosynthesis pathway. DMIs which inhibit the activity of sterol 14-α-demethylase are the biggest kind of SBIs and were widely used to control both plant and animal fungal disease. In most eukaryotes, sterol biosynthesis is controlled by transcription factor sterol regulatory element binding protein (SREBP) or Upc2. Here, we however found that the SREBP and Upc2 orthologs are not involved in sterol biosynthesis and DMIs sensitivity in Fusarium graminearum. Preliminary results found a transcription factor FgSR (sterol regulator) that may interact with protein kinase FgCdc7 and FgSsk2 to mediate a novel mechanism to regulate ergosterol biosynthesis in Fusarium graminearum. Based on the preliminary results, we will identify the sterol regulatory element (SRE) bond by FgSR, demonstrate the mechanism of phosphorylated FgSR that regulates ergosterol biosynthesis and furthermore identify the receptor of ergosterol in Fuasrium graminerum via reversed genetics, protein-DNA interaction, protein-protein interaction, protein-molecule interaction and other methods. Overall, the upcoming results will elucidate mechanism of sterol biosynthesis regulation mediated by FgSR, and provide theoretical foundation to the application DMIs and drugs development against F. graminearum.

麦角甾醇是真菌细胞膜的重要成分，目前多种杀菌剂（甾醇合成抑制剂，SBIs）靶向于其合成途径的关键酶。甾醇脱甲基抑制剂（DMIs）是SBIs家族最大的一类，作用于甾醇14-α-脱甲基酶，广泛应用于防治真菌病害。SREBP和Upc2是调控甾醇合成及DMIs杀菌剂敏感性的两类主要转录因子，但其同源物在赤霉病菌中均不参与调控甾醇合成及DMIs杀菌剂敏感性。项目前期鉴定出小麦赤霉病菌中一个新的麦角甾醇合成调控的核心转录因子FgSR，其可与蛋白激酶FgSsk2和FgCdc7互作。在此基础上，本项目拟利用蛋白-DNA互作、蛋白-蛋白互作、反向遗传学等手段鉴定赤霉病菌中FgSR的顺式作用元件（SRE）；解析FgSR磷酸化调控麦角甾醇合成及DMIs敏感性机理；鉴定赤霉病菌中麦角甾醇受体，明确其调控麦角甾醇合成的分子机制。预期结果阐述FgSR介导的甾醇合成调控机制，为DMI杀菌剂使用和研发提供科学依据。

麦角甾醇是真菌细胞膜的重要组成部分，目前多种甾醇合成抑制剂（sterol biosynthesis inhibitors, SBIs）靶标在甾醇合成途径的关键催化酶。C-14-α-脱甲基酶抑制剂（DMIs）是SBIs类杀菌剂中最大的一类，其可抑制14-α-demethylase的活性，目前在农业生产以及临床上被广泛应用于防治动植物中真菌病害。在大部分真核生物中，甾醇的生物合成主要受SCREBP和Upc2两类转录因子的调控。课题组前期研究表明，SCREBP以及Upc2的同源蛋白在小麦赤霉病菌中均不参与调控麦角甾醇的合成以及DMIs杀菌剂敏感性。本项目研究发现，锌指类转录因子FgSR是小麦赤霉病中麦角甾醇生物合成的主要调控因子，其可通过形成同源二聚体的方式结合含有两个CGAA重复序列的顺式作用元件，进而调控相关基因的表达。进一步研究发现戊唑醇处理可减少细胞膜中麦角甾醇的含量造成细胞膜压力，HOG1上游蛋白可感受细胞膜的压力，激活下游信号途径，促进FgHog1磷酸化并进入细胞核，随后促进FgSR的磷酸化进而招募SWI/SNF复合体调控甾醇合成相关基因的表达。有趣的是，FgSR与其结合的顺式作用元件主要存在于锤舌菌纲以及粪壳菌纲中的真菌中，为其成为治理真菌耐药性及新型杀菌剂的靶点提供了理论基础。综上所述，本项目研究结果揭示了一类由FgSR介导的麦角甾醇的生物合成调控的分子机制，为生产上三唑类杀菌剂的应用和新型杀菌剂的研发提供了理论基础。