MoARK1参与调控稻瘟病菌的生长发育、细胞壁完整性及致病过程

摘要

稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)引起的稻瘟病是水稻生产上一种毁灭性真菌病害,平均每年给水稻生产造成10％～30％的损失。控制该病害的重要前提是了解该病原菌的生长发育及致病分子调控机制。随着稻瘟菌全基因组序列的公布及遗传转化体系的建立,为寻找新的稻瘟病菌杀菌荆作用靶标,设计新的稻瘟病控制策略提供理论依据。细胞内吞是普遍存在于酵母及哺乳动物中的一个复杂的质膜运输过程,以网格蛋白模式及调节蛋白模式存在,包括各种蛋白质及脂质激酶,磷酸(酯)酶、信号分子的吸收和肌动蛋白的排列。在此过程中,质膜蛋白、脂质及一些大分子物质通过胞内的囊泡运输被分配到早期的内涵体中,随之在成熟的内涵体及液泡中降解,或者作为一种蛋白受体循环到质膜中被重新利用。在酵母细胞中,内吞作用发生的早期,Slal可以被循环利用,同时也可以与Sla2相互作用,从而激活Slal—End3-Panl复合结构。这个复合体在内吞作用中起着至关重要的作用,其中Slal和Pan1可以与某些蛋白质互作从而调节肌动蛋白的分布。此外,Panl可以直接激活另一个调节肌动蛋白聚合的复合体Arp2-Arp3;Slal也可以结合Las7和Abpl,从而也激活复合体Arp2-Arp3。因此,内吞作用是一个连贯的过程,不仅存在各种物质的循环利用,而且可逆的磷酸化也是必不可少的过程,Ark/Prk激酶家族可能是这一过程的重要调节因子。丝状真菌中的内吞过程的分子机制尚不清楚。在稻瘟病菌中,我们率先报道SNARE蛋白MoVam7和Mosec22均参与该病菌的胞吞和胞吐过程以及分生孢子的产生和致病过程。为了进一步了解该病原菌中内吞作用的调控机制,我们对Arkl在内吞作用中分子机制进行深入的研究。在稻瘟病菌基因组数据库中搜索到一个与酵母ARKl同源的基因，命名为NoARKl。序列分析表明该基因编码的蛋白含有1020个氨基酸,含有1个磷酸激酶结构域和3个磷酸化位点。根据同源重组原理、采用原生质体转化方法获得了其敲除突变体△Moark1。生物学性状分析发现,Mo ARKl缺失突变体生长速率降低,对不同胁迫因子表现出低敏感性;细胞壁染色观察发现突变体细胞壁几丁质分布不均匀,突变体对细胞壁裂解酶更加敏感,表明该基因参与细胞壁完整性调控。突变体产孢量下降,且形成的分生孢子30％少于2个隔膜;附着胞膨压降低、不能正常侵入寄主,致病性降低;与稻瘟病菌ΔMovam7一样,菌丝顶体不能形成,同时丧失了细胞内吞能力。上述结果表明:Mo ARKl作为一个致病因子参与细胞内吞过程,在致病性、渗透胁迫应答及细胞壁完整性等方面具有重要调控作用。