RGS蛋白调控寡孢节丛孢菌丝分化及致病性的分子机理

Plant-parasitic nematodes cause severe damages to world agriculture every year, nematophagous fungi play important roles in maintaining nematode population density in natural environments, and they are important materials for biological control of animal and plant disease caused by nematodes. Arthrobotrys oligospora is one of the best-studied nematode-trapping fungi, which is capable of developing specific trapping devices (three-dimensional networks) to trap nematodes. In our previous study, seven regulators of G protein signaling (RGS) were predicted in the A. oligospora genome, the △AoRGS1 mutant could not produce the trapping devices and the nematicidal activity was declined dramatically, which suggested that RGS proteins were closely related to the trap formation and the pathogenicity of A. oligospora. In order to elucidate the biological function and regulation mechanism of RGS proteins in A. oligospora, we plan to study the expression pattern of RGS proteins in different growth stages of A. oligospora using real time PCR method; to reveal the biological roles of RGS proteins in A. oligospora by deleting the encoding gene of RGS by homologous recombination technology; to identify the genes involved in the regulation of hyphal differentiation and the pathogenicity of A. oligospora by RGS proteins using transcriptomics analysis; our results will provide a basis to illustrate the molecular mechanism of RGS proteins regulate the trap formation and the switch of nematophagous fungi from the saprophytic to the predacious lifestyles.

全球每年由于植物寄生线虫引起巨大的农作物经济损失，食线虫真菌是自然界中线虫种群控制的重要因子，也是动植物线虫病害生物防治的重要研究材料。寡孢节丛孢是食线虫真菌的代表菌株，能够产生捕食器官捕捉线虫。我们的前期研究发现，寡孢节丛孢的基因组中存在7个G蛋白信号调节（RGS）蛋白，敲除AoRGS1的突变菌株不能产生捕食器官，对线虫的捕食能力急剧下降，说明RGS蛋白与捕食器官形成和致病性密切相关。为诠释RGS蛋白在寡孢节丛孢中的生物学功能和相关的调控机制，本项目拟采用Real time PCR方法分析RGS蛋白在寡孢节丛孢不同发育阶段的表达模式；通过同源重组技术敲除RGS蛋白的编码基因，阐明RGS蛋白的生物学功能；通过转录组技术比较突变菌株和野生菌株的基因表达差异，鉴定RGS蛋白调控寡孢节丛孢菌丝分化和致病性的相关基因，为揭示RGS蛋白调控寡孢节丛孢捕食器官形成和真菌生活模式转变的分子机制奠定基础。

作物病原线虫危害严重，全球每年因作物病原线虫造成的直接经济损失高达1570亿美元。在我国，线虫已成为仅次于真菌病害的第二大类病害。目前高毒性化学杀线虫剂的禁用或限用使线虫防治成为世界性难题。食线虫真菌是自然界中线虫种群控制的重要因子，也是动植物线虫病害生物防治的重要研究材料。寡孢节丛孢是食线虫真菌的代表菌株，能够产生捕食器官捕捉线虫。然而寡孢节丛孢等捕食线虫真菌形成捕食器官的分子机制还不清楚。RGS蛋白是一组分子大小不同，具有多种功能的蛋白质大家族，它们都共同拥有一个保守的 RGS结构域，可以直接与激活的Gα亚基结合，对G 蛋白的信号转导起负调节作用。在病原真菌中，G蛋白信号途径和RGS蛋白被报道参与多种细胞功能的调节，如分生孢子形成、侵染结构（如附着胞）的分化和致病性。.本项目以寡孢节丛孢 (Arthrobotrys oligospora) 为研究对象，对寡孢节丛孢基因组中的7个RGS蛋白进行了敲除，对不产捕器的突变菌株RGS1和野生株的转录组数据进行了比较，对转录组中差异表达的部分蛋白的功能进行了鉴定；同时本项目还对G蛋白下游的关键信号蛋白，包括PKA、MAPK和钙调蛋白的功能，以及PKA下游的转录因子StuA的功能进行了鉴定。通过以上系列的工作，初步阐明了RGS在寡孢节丛孢生长发育中的功能，鉴定了多个参与捕器形成调控的关键基因，并对部分基因的功能进行了鉴定。总之，本项目对RGS蛋白在寡孢节丛孢菌丝分化和致病过程中的生物学功能进行较为系统的研究，为揭示捕食器官形成的分子机制和高效线虫生防制剂的研发奠定基础。本项目培养了9名研究生，发表了11篇论文，其中SCI论文9篇，以第一或通讯作者发表SCI论文8篇，影响因子9.0以上的论文3篇。获得授权专利1项。荣获2015年云南省科技奖自然科学特等奖1项，排名第三。同时参编2本专著3个章节的编写，其中以第一作者完成两个章节的编写。综上，本项目顺利的完成了预期的研究内容，实现了预期的目标。