大豆氨基酸代谢在抗疫病中的作用机制解析及其应用初探

抗病品种的使用是生产上控制疫霉病害的一种主要技术，但病原菌的快速变异导致抗病性的丧失制约着该技术的应用。本研究利用大豆与疫霉这一互作体系，分析疫霉侵染对寄主氨基酸代谢的影响，结合疫霉氨基酸代谢特征，明确疫霉侵染大豆时利用寄主的主要氨基酸形式；进一步分析不同抗病水平大豆材料中氨基酸代谢的差异，揭示植物氨基酸代谢途径对大豆疫霉抗性的贡献与关系；选取相关基因，分析它们在不同抗性水平中的表达与多态性的关系，分别在转基因大豆根毛和拟南芥中考察关键基因对氨基酸代谢与抗病性的影响。通过本研究，期望能阐述大豆与疫霉互作中氨基酸代谢与植物抗病的关系和分子机制，探索通过调控氨基酸代谢来实现持久高抗病害策略的可能性。

我们利用大豆-疫霉模式互作系统，探讨了氮代谢在植物-疫霉互作中的作用。旨在通过本项目的开展为提高植物对卵菌的抗病性提供新思路。经过四年的努力，我们取得了如下重要研究进展：.1） 系统鉴定和分析了大豆疫霉中的氮代谢相关基因。发现与真菌相比，卵菌氮代谢基因表现出独特的特征。值得注意的是，大于75%的大豆疫霉氮代谢基因在侵染阶段诱导表达，这表明这些基因可能与病原菌的侵染有关，在卵菌致病过程中发挥重要作用。.2） 揭示了天冬氨酸转氨酶在大豆疫霉致病中的重要作用。利用生物信息学方法鉴定了大豆疫霉的天冬氨酸转氨酶，该酶在协调碳代谢和氮代谢过程中发挥作用。选择了其中的一个独特成员PsAAT3开展功能分析，发现该基因是大豆疫霉致病必须的，并且参与到侵染阶段的氮源利用过程。该结果表明大豆疫霉菌的氨基酸代谢与病原菌的致病性紧密相关。.3） 发现大豆在疫霉侵染后游离氨基酸的含量显著升高。该结果提示疫霉菌可能在侵染寄主植物的过程中操纵寄主中游离氨基酸的含量，促进病原菌自身的生长和增殖。同时，我们发现半胱氨酸可以显著抑制大豆疫霉的生长，并且发现它对寄主植物的影响很小，表明半胱氨酸及其衍生物具有应用于控制卵菌病害的潜力。.4） 明确了大豆疫霉CRN效应因子的进化模式和机制。生物信息学分析发现大豆疫霉CRN效应因子经历了大量的获得和丢失事件。扩张的CRN效应因子表现出明显的功能分化：有些可以诱导植物发生细胞程序性死亡，而有些则表现出抑制效应因子诱导的细胞死亡或病原相关分子模式和效应因子介导的植物防卫反应。同时，我们发现大豆疫霉菌可以合成非典型分泌效应因子，促进病原菌的侵染。.5） 鉴定并解析了一个细胞凋亡相关核酸酶TatD在大豆疫霉无性发育和致病中的功能，表明细胞凋亡在疫霉菌无性发育和致病中可能发挥重要作用。. 受本项目资助，我们在《Nature Communications》、《MPMI》和《PLoS ONE》等期刊发表论文6篇。另有3篇SCI论文已经投往《MPMI》、《Fungal Genetics and Biology》和《Fungal Biology》等期刊。