磷酸酶PoSmek1介导的脂肪分解代谢调控网络及其在稻瘟病菌发育与致病过程中的功能解析

Rice blast is a devastating epidemic disease in rice, and it threatens the rice product security heavily in our country for many years. Through degrading lipid drops and other storages in spores to produce appressorium turgor, Pyricularia oryzae penetrates rice cell wall and causes blast disease. From gene deletion mutants of 300 transcription factor (TF) genes in Pyricularia oryzae, we identified several TFs to regulate lipid catabolism positively (PoBhlh6, Vrf2 and etc.) and negatively (PoCreA). PoSmek1 is a regulatory subunit of a phosphatase and it is down-regulated in ΔPobhlh6. Deletion of PoSmek1 led to heavily reduced virulence on rice, increased expression level of lipase genes and lipase activity, but decreased utilization ability of lipid. This project is aimed at the regulatory function of PoSmek1 in lipid metabolism, development and pathogenicity in Pyricularia oryzae. We are going to use yeast two-hybrid assay, Co-IP, BiFC, quantitative phosphoproteomic analysis, pull-down and mass spectrometry technology, and other technologies to study the regulatory network of PoSmek1, kinases in signal pathway (PoTos3, CpkA, PoSnf1, and etc.), carton metabolism-related TFs (PoBhlh6, PoCreA, Far2, and etc.) on lipid catabolism. This research will further our understanding of regulatory mechanism of carton metabolism and pathogenicity in Pyricularia oryzae, and it will promote our knowledge about how to prevent rice blast disease.

稻瘟病是一种毁灭性的水稻流行病。稻瘟病菌通过降解脂肪等孢子储存物并产生附着胞膨压而侵入水稻、致病。课题组从300多个稻瘟病菌转录因子突变体中，发现了多个脂肪分解代谢的正调控和负调控转录因子；同时，发现磷酸酶PoSmek1以及SNF1-AMPK途径激酶的基因敲除突变体的脂肪利用能力和致病力严重受损。本项目将继续研究PoSmek1在脂肪代谢、发育和致病过程中的作用，通过酵母双杂交、Co-IP、BiFC、定量磷酸化蛋白质组、pull down-质谱鉴定等技术研究PoSmek1和激酶（PoTos3、CpkA等）对碳代谢转录因子（PoBhlh6、PoCreA和Far2等）的协同调控作用。预期成果：阐明PoSmek1在碳代谢、发育和致病过程中的功能，明晰PoSmek1介导的磷酸酶-激酶-转录因子组成的脂肪分解代谢的调控网络。研究成果对于揭示稻瘟病菌碳代谢的调控机制和稻瘟病防治研究具有重要的参考意义。

稻瘟病菌是一种严重危害水稻生产的病原真菌。磷酸酶和碳代谢在病原真菌的生长、发育和致病过程中起着重要的作用。碳源的选择性利用是生物体的一种保守机制，可使病原菌在侵染循环中选择合理的生活方式。稻瘟病菌在腐生生长、附着胞形成以及半活体营养阶段利用多种类型的碳源。稻瘟病菌附着胞利用储存在孢子内的脂滴、海藻糖和糖原等碳源产生巨大的膨压，进而侵入水稻。碳分解代谢物抑制（CCR）和解抑制（CCDR）是真菌协调参与优先或非优先碳源利用基因表达的两种主要方法。在稻瘟病菌中，碳分解代谢抑制因子CreA和激活因子Crf1（=PoBhlh6）是通过CCR和CCDR控制甘油三酯和糖类分解代谢的两个关键性转录因子。Crf1和CreA协同调节脂肪分解和利用基因的表达。甘油三酯是储存脂肪的主要形式。然而，目前尚不清楚丝氨酸/苏氨酸磷酸酶如何调节甘油三酯的分解代谢。在本研究中，我们鉴定了一种丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶Smek1的功能。Smek1是稻瘟病菌的生长发育和致病所必需的。SMEK1的缺失导致该菌对脂肪、阿拉伯糖、甘油和乙醇的利用缺陷。以葡萄糖为碳源时，参与脂解、长链脂肪酸降解、β氧化和乙醛酸循环的基因在Δsmek1中的表达增加，这与ΔcreA一致。以脂肪、阿拉伯糖、乙醇或甘油为碳源时，参与长链脂肪酸降解、β氧化和乙醛酸循环的基因或相关碳源利用基因在Δsmek1中的表达降低，这与Δcrf1一致。Smek1直接与CreA和Crf1发生相互作用，并在体内去磷酸化CreA和Crf1。因此，由磷酸酶Smek1和两个转录因子CreA和Crf1组成的转录调控网络控制真菌对碳源的选择性利用，这是真菌生长发育和致病性必需的。在真核生物中，磷酸酶调节亚基Smek1是第一个被报道的调控脂肪分解代谢（脂肪酸激活和转运、β-氧化和糖原异生）及其相关基因表达的丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶。理解碳代谢调控机制可以为设计新的抗瘟策略提供依据。