近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)植保學(xué)院作物病原真菌功能基因組學(xué)研究團(tuán)隊(duì)江聰教授課題組在Nature Communications上在線發(fā)表了題為“Gip1 GPCR regulates two sexual-stage differentiation processes in the ascomycete Fusarium graminearum”的研究論文。報(bào)道了膜受體Gip1通過不同信號(hào)通路時(shí)空調(diào)控子囊殼有序發(fā)育的機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)提出了真菌信號(hào)識(shí)別及傳導(dǎo)的新模式，對(duì)認(rèn)識(shí)絲狀子囊菌的子囊殼發(fā)育具有重要理論價(jià)值。同時(shí)，由于子囊孢子是小麥赤霉病的初侵染源，該研究也為菌源控制技術(shù)的研發(fā)提供了靶點(diǎn)及依據(jù)。植保學(xué)院江聰教授為論文通訊作者。已畢業(yè)博士、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植保學(xué)院丁明玉副教授和我校植保學(xué)院博士研究生王婉珊為論文并列第一作者。
當(dāng)前對(duì)真菌有性生殖分子識(shí)別的認(rèn)知主要來源于模式菌釀酒酵母，信息素受體對(duì)信息素的識(shí)別被認(rèn)為是有性起始的標(biāo)志性事件。與酵母不同，絲狀子囊菌能形成復(fù)雜的子實(shí)體-子囊殼。在多數(shù)具備子囊殼特征的真菌中，子囊殼的形態(tài)建成并不依賴于信息素受體。然而，負(fù)責(zé)控制這一復(fù)雜過程的受體及其所識(shí)別的信號(hào)尚不清楚。該研究鑒定了小麥赤霉菌G蛋白偶聯(lián)受體Gip1，并發(fā)現(xiàn)其敲除突變體在胡蘿卜培養(yǎng)基上完全無法形成子囊殼，但在秸稈上卻能觀察到小的子囊殼。這表明子囊殼發(fā)育具有階段性特點(diǎn)，并且高度依賴培養(yǎng)條件的變化。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Gip1能夠識(shí)別階段性配體信號(hào)，通過有序激活cAMP-PKA通路和Gpmk1 MAPK通路調(diào)控子囊殼發(fā)育的早期和后期階段。在對(duì)gip1突變體進(jìn)行有性培養(yǎng)時(shí)，觀察到了角變現(xiàn)象。對(duì)多個(gè)角變株進(jìn)行重測序，所有突變都集中在Velvet復(fù)合體的核心組分VeA上。盡管突變發(fā)生在同一基因上，不同的突變位點(diǎn)和形式卻表現(xiàn)出不同程度的表型恢復(fù)。這表明VeA也參與了對(duì)子囊殼發(fā)育的雙階段調(diào)控，其功能與Gip1密切相關(guān)。Gip1和VeA可能通過不同的方式（信號(hào)通路所介導(dǎo)的磷酸化修飾以及轉(zhuǎn)錄調(diào)控）對(duì)MAT等有性發(fā)育必需基因進(jìn)行協(xié)同調(diào)控。研究還對(duì)Gip1所識(shí)別的配體進(jìn)行了初步的探索，證明該受體具備多配體特征，這與其多下游信號(hào)傳導(dǎo)途徑以及多時(shí)期差異調(diào)控的模式是一致的。鑒于Gip1的分布與具備子囊殼特征的真菌在進(jìn)化上的相關(guān)性，該研究還為揭示子囊殼形成的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)機(jī)制和進(jìn)化意義提供了重要線索。
該研究受到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。作物抗逆與高效生產(chǎn)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為研究工作完成提供了技術(shù)支持。
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