GPI锚定修饰在稻瘟菌致病过程中的作用和机理研究

Fungal cell wall plays key roles on the infection processes of the fungal plant pathogens. As one of the main components, whether and how the GPI anchor proteins could function during fungal infection is largely unknown. In our previous study, we identified a gene GPI7, one of the key components of the GPI-anchor pathway, through a T-DNA mutant. Deletion of GPI7 resulted in slowed colony growth, reduced conidiation and loss of pathogenicity. We also found the Δgpi7 mutant was significantly sensitive to cell wall perturb regents, osmotic reagents, active oxygen reagents, and alkaline pH treatment. Besides, we analyzed functions of the Gel family GPI anchor proteins by analyses of gene knock-out mutants, and found this family protein plays important roles on mycelial growth, environment adaptation and pathogenicity. In this program, we plan to uncover biological meaning of the GPI anchor modification and biological roles of the GPI anchor proteins, by further determine functions of the Gpi7 and Gel family proteins, and large-scale identification of the cell wall GPI anchor proteins. This study could provide new theory for understanding of the fungal infection mechanisms, and also could provide new targets for developing of wide-spectrum fungicides.

在植物病原真菌侵染寄主的过程中，真菌的细胞壁起着非常重要的作用，而作为细胞壁主要成分之一的GPI锚定蛋白究竟发挥怎样的功能，目前为止还研究的非常少。本项目前期通过分析T-DNA插入突变体，鉴定出GPI锚合成途径中的关键基因GPI7。GPI7基因敲除后会导致菌落生长缓慢，产孢量降低，且完全丧失致病性。Δgpi7对细胞壁抑制剂，渗透压试剂，活性氧试剂，以及碱性pH环境等均非常敏感。此外，前期还对一类重要的GPI锚定蛋白Gel家族的基因进行了敲除分析，发现Gel家族蛋白分别在菌丝生长，环境适应，以及致病力等方面发挥重要功能。接下来申请人将进一步对Gpi7和Gel系列蛋白的功能进行深入解析，并对细胞壁GPI锚定蛋白进行大规模鉴定，探讨GPI锚定修饰的生物学意义以及GPI锚定蛋白的生物学功能。本项目研究将能为深入理解病原真菌致病机理提供新的理论，并可能为研发广谱型杀菌剂提供新的靶标。

由稻瘟菌引起的稻瘟病和麦瘟病严重影响粮食产量。在侵染过程中，稻瘟菌形成附着胞穿透寄主细胞，并通过侵染菌丝在寄主细胞内进行扩展。深入解析稻瘟菌如何穿透寄主以及在寄主细胞内扩展的调控机制，将有利于找到有效的稻瘟病防控策略。本研究对GPI锚定修饰在稻瘟菌致病过程中的调控机制进行了系统研究，结果发现，GPI锚定修饰在稻瘟菌附着胞介导的细胞穿透以及侵染菌丝在细胞内扩展过程中均发挥重要功能。GPI锚定修饰通过调控细胞壁GPI锚定蛋白，影响细胞壁完整性，从而调控附着胞穿透寄主细胞的过程。更有意思的是，我们发现GPI锚定蛋白在侵染菌丝阶段作为一种防护层，可以防止细胞壁的chitin和β-1,3-glucans被寄主细胞识别，从而规避寄主的防卫反应，帮助稻瘟菌在寄主细胞中成功侵染。这种机制在植物病原真菌中为首次发现。通过生物信息学预测，稻瘟菌中存在219个GPI锚定蛋白，其中包括Gel家族的5个蛋白。进一步研究表明，5个Gel家族蛋白的亚细胞定位受到GPI锚定修饰的调控，从而影响稻瘟菌附着胞穿透和侵染菌丝扩展。本研究将有助于深入理解稻瘟菌的致病分子机制，为开发新型杀菌剂和新的防控策略提供了新的启示。