稻瘟病菌孢子形成负调控基因CNF1在发育和致病过程中的功能研究

Rice blast is a widespread epidemic disease in rice caused by fungal pathogen Magnaporthe oryzae. The conidial production, release and spread are key factors for the outbreak of rice blast. In a high-throughput knockout screening of transcription factors of the rice blast fungus, we identified a gene, CNF1, which regulates negatively the conidial production. After deletion, the CNF1-null mutant Δcnf1 produced forty times more conidia than wild type strain. This mutant also has reduced pathogenicity to rice and barley. We also identified more than twenty other transcription factors, whose mutation reduce greatly or abolish the conidial production. This project is aimed at the functions and the underlying molecular mechanisms of CNF1 in fungal development and infection cycle. We are going to use RNA-Seq, ChIP-Seq and RT-qPCR to identify genes downstream of CNF1. Detailed analyses using ESMA, ChIP-qPCR, yeast one-hybrid assay, gene manipulation techniques and phenotypic assay will reveal how CNF1 coordinates with other transcription factors in regulating conidial production in the rice blast fungus. This research will further our understanding of the mechanism of conidial formation and the balance between asexual reproduction and vegetative growth in the life cycle of rice blast fungus, which is important to the prevention of rice blast disease of rice.

稻瘟病是一种广泛发生的水稻真菌病害。稻瘟病菌分生孢子的形成、释放和传播是稻瘟病扩散、流行的关键因子。在稻瘟病菌转录因子的大规模敲除中，我们筛选到1个孢子形成负调控基因CNF1，敲除后产孢量增加40倍、但对水稻的致病性减弱；另发现20多个敲除后产孢显著下降或缺失的转录因子。本项目将继续通过基因操作技术和表型分析研究CNF1在真菌发育及致病过程中的作用，通过RNA-seq、ChIP-Seq和RT-qPCR研究CNF1调控的下游基因，通过ESMA、ChIP-qPCR和酵母单杂交等技术研究CNF1和其他产孢必需转录因子对下游基因的协同调控作用。预期成果：确定CNF1在产孢和致病中的功能、明晰CNF1调控的下游基因、确认CNF1和其他产孢必需转录因子对下游基因的协同调控作用。这些成果对于揭示稻瘟病菌分生孢子的形成机制、理解真菌无性生殖与营养生长的协调机制以及防治稻瘟病具有参考意义。

稻瘟病菌主要通过分生孢子传播扩散，因而分生孢子的形成、释放和传播能力影响稻瘟病流行/爆发的严重程度。目前人们对影响稻瘟病菌分生孢子形成的外界因素和与产孢相关的基因（信号途径基因等）做了很多研究，但是还没有弄清稻瘟病菌孢子形成的主要调控途径及其关键的基因，尤其是还没有发现产孢的负调控系统。我们在前期研究中发现Cnf1是一个产孢的负调控因子。因此，本项目系统地研究了Cnf1在稻瘟病菌产孢和致病过程中的生物学功能及其作用机制。研究结果揭示了Cnf1在稻瘟病菌产孢和致病过程中的生物学功能及其Cnf1调控的下游基因，新发现了一批促进孢子分化的转录因子，找到了3条影响产孢的信号途径与产孢必需的转录因子之间的调控关系，以及确定了Cnf1与这些转录因子之间的协同调控作用。上述研究工作不仅揭示了Cnf1的作用机制，而且对于完全了解稻瘟病菌的产孢机制具有重要意义，对于设计新的抑制稻瘟病菌产孢、控制稻瘟病流行/爆发的药物也具有重要的指导意义。