稻曲病菌自噬蛋白UvATG6和UPR相关转录因子UvHAC1的功能研究

作     者：谷丽凡 

作者单位：华中农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：阴伟晓

授予年度：2023年

学科分类：09[农学] 0904[农学-植物保护] 090401[农学-植物病理学] 

主      题：稻曲病 致病力 自噬 UPR 可变剪接 

摘      要：稻曲病是由稻曲病菌Ustilaginoidea virens引起的一种水稻穗部病害,在世界水稻种植范围内均有发生。自噬和未折叠蛋白反应(unfolded protein response,UPR)是胞内物质流通的重要途经,在维持细胞稳态和保障细胞正常生理功能上扮演了重要的角色。本文对稻曲病菌自噬和UPR相关的两个蛋白UvATG6和UvHAC1进行分析,探究了其对稻曲病菌生长发育和致病的重要功能及其作用的相关机制。UvATG6在稻曲病菌中编码自噬相关蛋白,含有一个保守的APG6结构域。UvATG6在稻曲病菌侵染1-5天表达量逐渐升高,在第5天达到最高。通过CRISPR/Cas9与同源重组相结合的方法对UvATG6进行基因敲除,发现UvATG6突变体自噬相关基因表达量显著下降,细胞自噬功能严重受损。UvATG6敲除突变体生长显著减慢,产孢减少,孢子萌发过程中伴随着自噬的发生。UvATG6参与对各种非生物胁迫的耐受性,对渗透压胁迫和细胞壁胁迫耐受性显著下降,但是对活性氧胁迫耐受性显著增强。另外,UvATG6敲除突变体接种水稻后无法产生稻曲球,说明该基因在稻曲病菌致病过程中发挥着重要作用。UvATG6与稻曲病菌中两个Bax Inhibitor家族蛋白Uv BI-1和Uv BI-1b互作,并且可以抑制Bax诱导的细胞坏死。UvHAC1是稻曲病菌UPR途径转录因子,在稻曲病菌侵染水稻3天时表达量达到最高,高于菌丝阶段表达量的80倍。UvHAC1在不同条件下产生2种转录本。在加入DTT诱导细胞UPR途径发生时,UvHAC1通过20 bp的可变剪接产生移码突变,形成更短的转录本并具有转录激活功能。对UvHAC1基因进行敲除,发现UvHAC1敲除突变体生长减慢,产孢能力丧失,因此也不能在水稻上产生稻曲球。UvHAC1参与对各种非生物胁迫的耐受性,对渗透压胁迫和细胞壁胁迫的耐受性显著下降;对活性氧胁迫耐受性显著增强。本研究揭示了UvATG6和UvHAC1参与稻曲病菌中的蛋白周转途径,分别敲除UvATG6和UvHAC1后,自噬或UPR受到显著抑制。另外,UvATG6和UvHAC1在稻曲病菌侵染小穗时期表达量显著上升,对稻曲病菌分生孢子的产生和致病力发挥着不可或缺的作用。本研究揭示了两个在稻曲病菌不同生理过程和致病中发挥着重要功能的基因,以期为稻曲病的防治提供新的药剂靶标。