转录因子UvZnFTF调控稻曲菌素A生物合成的分子机制

Rice false smut, caused by Ustilaginoidea virens, seriously affects rice production. The mycotoxins produced by this pathogen reduces rice quality and threatens to both human and animal health, while the in-depth understanding of molecular mechanisms of mycotoxins biosynthesis is remain only partly known. To shed light on the mechanisms of mycotoxins biosynthesis in U. virens, a T-DNA tagged population consisting of 15600 transformants of U. virens was constructed using Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation and a T-DNA insertion mutant that reduced Ustiloxin A biosynthesis was selected. Single T-DNA integration event occurrs in the genome of the mutant and the inserted gene (UvZnFTF) encodes a fungal specific transcription factor that contains a fungal Zn(2)-Cys(6) binuclear cluster domain and a fungal specific transcription factor domain. This project attempts to validate the function of UvZnFTF in the Ustiloxin A biosynthesis by obtaining the UvZnFTF knock out mutants and complement mutants, to indentify the genes regulated by UvZnFTF and analysis the regulated genes related metabolic and signal pathways through RNA-Seq, to identify the gene promoters bound by UvZnFTF through CHIP-Seq and to clarify how UvZnFTF binds to gene promoters to modulate target gene expressions, change the function of the protein encoded by the target genes and thus to function in Ustiloxin A biosynthesis. This project aims at elucidating the functions and mechanisms of UvZnFTF on Ustiloxin A biosynthesis to unveil the metabolic and signal pathways related. The expected results will provide important theoretical basis for developmenting inhibitors of mycotoxins biosynthesis to control the pollutions caused by mycotoxins.

由稻曲病菌引起的稻曲病不但严重威胁水稻产量，而且其产生的毒素降低稻谷品质、危害人畜健康，目前对稻曲病菌毒素的生物合成机制还缺乏深入系统的了解。本研究前期筛选到一株稻曲菌素A (Ustiloxin A) 生物合成能力降低的T-DNA插入突变体（C1025），经鉴定其突变基因为转录因子UvZnFTF。本研究拟通过获得敲除突变体及回补菌株，明确该转录因子在稻曲菌素A生物合成中的作用；通过RNA-Seq，鉴定其调控基因，分析所调控基因参与的代谢途径和信号通路；通过CHIP-Seq，鉴定其作用靶标，结合其他分子生物学手段分析它与靶标基因启动子的结合活性、对靶标基因的转录调控、对靶标基因功能的影响与稻曲菌素 A生物合成之间的关系。预期研究结果将揭示UvZnFTF调控稻曲菌素A生物合成的分子机制，明确稻曲菌素A生物合成的代谢途径和信号通路，为开发毒素生物合成抑制剂，治理稻曲病菌毒素污染提供理论支持。

稻曲病菌[Ustilaginoidea virens (Cooke)Tak.]引起的稻曲病是一种特异性危害水稻穗部的病害，严重影响水稻的产量和质量，且能产生毒素威胁人类健康，目前已成为中国乃至世界水稻产区最重要且最具破坏力的病害之一。因此，解析稻曲病菌的致病分子机制和毒素合成机制，对病害防控具有指导意义。本研究前期筛选到一个影响稻曲菌素A生物合成的T-DNA插入突变体，经鉴定其突变基因为转录因子UvZnFTF。本项目旨在以UvZnFTF为切入点，探索UvZnFTF在稻曲菌中的生物学功能、参与的代谢途径和信号通路、靶标基因的功能和作用模式以解析UvZnFTF参与稻曲菌毒素生物合成的分子机制。本项目实施过程中，通过RNAi介导的基因沉默技术，获得UvZnFTF的稻曲菌沉默突变体，并通过分析该突变体的生物学功能，发现UvZnFTF沉默突变体显著降低稻曲菌的致病性，从而影响稻曲菌毒素的合成；UvZnFTF沉默突变体的生长速率下降；分生孢子产量下降；色素合成量增加；以上结果表明UvZnFTF可能通过影响稻曲菌形态建成影响稻曲菌的致病性。通过RNA-Seq比较UvZnFTF沉默转化子和野生型菌株中的基因表达差异，发现UvZnFTF参与稻曲菌的多种生物学过程中，为解析UvZnFTF参与产孢和致病过程的分子机制提供依据。通过分析若干个UvZnFTF下调表达的基因诱导植物免疫的能力，发现SGP1作为PAMP，在本氏烟和水稻上诱导细胞死亡和免疫；我们鉴定了该PAMP的免疫识别抗原区段，并且分析了该PAMP在水稻中诱导的免疫和抗性，从而明确了UvZnFTF下游基因在诱导植物免疫中的功能和作用模式。以上结果表明UvZnFTF可能通过负调控免疫诱导子调控病原菌致病性。以上研究结果为基于病原菌形态建成的病菌抑制剂的开发和基于靶标基因调控免疫的免疫诱抗剂的研发提供理论基础和科学依据。