稻瘟菌菌丝细胞壁蛋白的鉴定和一个剪切因子MoSrp1的功能研究

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细胞壁是真菌细胞最外面的结构,在适应外界环境变化和与寄主互作等过程中起着重要的作用。细胞壁蛋白作为细胞壁的组成部分,其中有些蛋白作为真菌的致病因子在侵染寄主植物过程中发挥重要作用。稻瘟菌细胞壁蛋白不仅有助于揭示稻瘟菌的致病机理,也可为绿色杀菌剂的设计提供候选靶标。尽管有关稻瘟菌致病相关基因的研究报道很多,然而,关于稻瘟菌细胞壁蛋白系统研究的报道几乎没有。为此,在本研究中,作者对稻瘟菌菌丝细胞壁蛋白进行了分离鉴定,并对其中部分蛋白的编码基因的功能进行了分析。在本研究中,作者首先利用梯度离心的方法分离了野生型P131和敲除体Δalg3的菌丝细胞壁,然后依次用CaCl2和lysing enzymes对细胞壁蛋白进行了抽提,最后通过LC-MS/MS鉴定以及胞外定位、信号肽等条件的筛选,得到P131和Δalg3的细胞壁蛋白分别为109和107个。其中有78个蛋白在P131和Δalg3中重叠出现,因此一共138个蛋白被鉴定到。作者对138个蛋白的生物学功能进行了预测分析,发现这些细胞壁蛋白主要参与碳水化合物代谢、氧化还原、蛋白水解以及对逆境反应等14个生物学过程。在上述78个重叠鉴定的蛋白中,包括4个β-1,3-葡粮基转移酶,但有一个MGG03208编码的β-1,3-葡糖基转移酶未在P131和Δalg3中鉴定到。qRT-PCR分析显示该基因与其它4个β-1,3-葡糖基转移酶编码基因相比,其表达量非常微量,也说明本研究的检测方法是灵敏的。此外,有31个蛋白只在P131中被鉴定到,29个蛋白只在Δalg3中出现。在31个P131中特异出现的蛋白中,有29个蛋白至少含有一个N-糖基化位点。进一步,作者从重叠蛋白中挑选了 Cwg1和Echt1进行了功能研究。通过基因敲除发现:Cwg1影响稻瘟菌的菌丝生长和致病力,Echt1是生长的负调控因了;而P131特异的细胞壁蛋白Lvh1与稻瘟菌的产孢有关,且Alg3部分影响了 Lvh1的定位。本研究为进一步揭示细胞壁蛋白在稻瘟菌生长发育、致病性以及逆境反应中的作用奠定了基础。在前期研究中,作者所在实验室分离了稻瘟菌一个菌落生长缓慢的突变体,并确定了其中被T-DNA插入破坏的基因MoSRP1。在此基础上,作者对该基因的分子功能进行了解析。作者通过佴细分析MoSRP1敲除体的表型,发现敲除体srp1ko1的致病力减弱是由于MoSrp1影响侵染菌丝在寄主细胞内的扩展导致的。MoSrp1定位于细胞核。作者进一步通过Pull-down和酵母双杂交分析,发现MoSrp1与三个具有RNA结合特征的剪切因子MoRnps1、MoGrp1和MoThoc1直接互作,因此确定MoSrp1是一个剪切因子。作者还通过缺失、互补,确定MoSrp1的RRM结构域影响稻瘟菌的生长、致病以及与MoRnps1、MoGrp1和MoThoc1的互作。实验室前期的磷酸化蛋白组学数据检测到MoSrp1在第117、119和193位的丝氨酸发生了磷酸化,作者通过去磷酸化点突变,发现MoSrp1这三个保守位点的磷酸化对稻瘟菌的生长和致病有一定影响。有意思的是,本研究通过RNA免疫共沉淀结合二代测序(RIP-seq)的手段以及RNA-EMSA验证,初步确定MoSrp1具有结合RNA中“GUAG”基序的能力。此外,作者比较分析了野生型P131和敲除体srp1ko1的转录组数据,有来自于1750个基因的2571个内含子在srp1ko1中的剪切效率显著下降,其中有996个内含子含有至少一个“GUAG”,同时有来源于23个可能编码剪切因子的基因的29个内含子。此外,转录组数据显示相对于野生型P131表达量下调和上调两倍以上的基因分别有906个和3755个。在下调的基因里,有365个基因可能编码核蛋白,包括24个剪切因子。作者通过RT-PCR确认已报道的与稻瘟病菌致病相关的基因MoATF1、MoBRE1、MoBF1、MoPUP1和MoSKP1的内含子剪切效率在srp1ko1中明显降低,其中MoATF1和MoBRE1的内含子或外显子中含有“GUAG”基序。因此,MoATF1和MoBRE1是MoSrp1调控的直接靶标。至于不含有“GUAG”内含子在srp1ko1中的剪切效率降低,可能是由于MoSrp1调控的其它剪切因子引起的。这些剪切因子在srp1ko1中的下调表达或剪切效率下降可能导致了不含有“GUAG”内含子在srp1ko1中的剪切效率降低。对此,需要进一步的研究加以证实或澄清。
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