双特异性蛋白磷酸酶MoYvh1调控稻瘟病菌生长发育与致病的分子机制研究

Protein phosphatases are critical regulators in eukaryotic cells. For example, the budding yeast Saccharomyces cerevisiae dual specificity protein phosphatase (DSP) ScYvh1 regulates growth, sporulation, and ribosome maturation. Despite such importance, functions of Yvh1 proteins in filamentous fungi are not well understood. The detailed molecular mechanism for the MoYvh1, one Yvh1 homolog in the rice blast fungus Magnaporthe oryzae in medicating the development and pathogenicity has yet to be elucidated. This project aims to characterize biological functions and understand the molecular mechanism for accumulation of MoYvh1 in the nucleus induced by H2O2 or in rice infection. This project also plans to explain the roles of MoYvh1 in maturation of the ribosome biogenesis. Our research will ultimately reveal the molecular mechanism of MoYvh1-medicated pathway in host recognition, response to H2O2 stress, ribosome maturation and pathogenesis of M. oryzae and will provide important information to the Yvh1 in other fungi. It is also a valuable finding for efficient and low toxic disease strategy against M. oryzae.

蛋白磷酸酶在真核细胞中的基因调控、信号传导以及细胞周期过程中具有重要作用，酿酒酵母的蛋白磷酸酶Yvh1调控生长与产孢，同时调控核糖体的成熟过程，然而其在丝状真菌中鲜有报道。项目组前期研究发现稻瘟病菌的蛋白磷酸酶同源蛋白MoYvh1参与调控该病菌的生长发育及致病力，但其调控的分子机制仍不清楚。本项目将进一步研究MoYvh1及其结构域在稻瘟病菌中的生物学功能，解析该病菌在活性氧胁迫及其与寄主互作时MoYvh1从细胞质进入细胞核及其调控核糖体成熟的作用分子机制。研究结果可望揭示MoYvh1在稻瘟病菌与寄主互作及应答外界信号、核糖体成熟及致病的作用分子机制，这些研究结果将拓展对该病菌致病机理的认识，对其他真菌的Yvh1功能的解释具有重要指导价值，同时对设计高效、低毒的真菌病害控制策略具有一定参考价值。

稻瘟病菌引起的稻瘟病是水稻上毁灭性真菌病害。在病菌与水稻互作时，病菌必须清除其与水稻互作早期水稻中积累的活性氧(ROS)与克服ROS诱发的免疫反应，但病菌如何监控ROS仍不清楚。项目组前期研究发现稻瘟病菌双特异性蛋白磷酸酶MoYvh1，缺失该蛋白编码基因导致病菌致病力显著降低同时无法清除病菌侵染位点周围大量积累的活性氧。为了进一步揭示MoYvh1在调控病菌应答水稻ROS中的作用。项目组首先对MoYvh1的定位进行观察，发现其在氧化胁迫下向细胞核内聚集，进一步发现MoYvh1需要在两个与之结合的热激蛋白的帮助下应答胞外氧化胁迫进入细胞核。在细胞核中MoYvh1通过与核糖体成熟因子MoMrt4竞争性结合核糖体前体，调控核糖体成熟。进一步控制胞外蛋白加工，促进稻瘟病菌抑制寄主活性氧，实现成功侵染。我们对MoYvh1调控的候选外泌蛋白进行鉴定，通过比较野生型与突变体附着胞外流液鉴定到73个预测具有信号肽的候选外泌蛋白，并且逐步对其生物学功能进行分析。此外，在对这两个核糖体伴侣蛋白进行分析时，发现其缺失突变体通过调控新生蛋白的合成，影响稻瘟病菌致病力。.同时我们也关注这些合成的蛋白是如何运输出细胞的，从而对小G蛋白在稻瘟病菌囊泡运输中的调控机制进行了初步探索。发现小G蛋白MoArl3和MoCin4调控稻瘟病菌致病力。同时发现在这两个突变体中效应分子Avr-pia和Avr-Pizt均无法正常通过BIC结构分泌到细胞外，表明其均调控稻瘟病菌外泌过程.上述研究结果证实了正常状态下，核糖体成熟后期稻瘟病菌细胞核中的MoYvh1竞争性地占据MoMrt4与核糖体结合的位点，使MoMrt4与核糖体解离，MoYvh1帮助核糖体成熟。稻瘟病菌在活性氧胁迫及其与寄主互作时，胞质中MoYvh1进入细胞核，更多地占据MoMrt4与核糖体结合的位点，加速核糖体的成熟，这样病菌合成更多蛋白去应答活性氧胁迫及完成其致病过程这一科学假说。本研究不仅可揭示蛋白磷酸酶MoYvh1在稻瘟病菌生长发育和致病中的分子作用机制，而且解析了MoYvh1介导的监控寄主ROS应答活性氧的分子作用机制。研究结果可望为设计高效、低毒的稻瘟病控制策略提供参考。