膜蛋白OPY2調控羅伯茨綠僵菌侵染昆蟲的分子機制研究

《膜蛋白OPY2調控羅伯茨綠僵菌侵染昆蟲的分子機制研究》是依託浙江大學，由方衛國擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：膜蛋白OPY2調控羅伯茨綠僵菌侵染昆蟲的分子機制研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：方衛國
• 項目類別：面上項目

項目摘要

真菌是最常見的昆蟲病原微生物，其中一些已被開發為真菌殺蟲劑用於防治害蟲和蟲媒疾病,但殺蟲速度慢等因素限制了它們的套用。研究昆蟲病原真菌的致病機理有助於利用遺傳重組技術創建高效安全的真菌殺蟲劑。前期工作中，我們從羅伯茨綠僵菌(原金龜子綠僵菌)的突變庫中篩選到一株致病突變體，並克隆了其內被破壞的膜蛋白基因Opy2，這是首次發現該基因與病原真菌致病力相關。OPY2是信號轉導途徑上感知胞外信號的因子,它在附著胞和芽生孢子內高效表達，表明它幾乎調控整個致病過程。在此基礎上,本項目將進一步研究OPY2調控致病過程的分子機制, 並利用深度測序技術挖掘由OPY2調控的下游毒力基因。完成本項目將顯著加深對羅伯茨綠僵菌致病過程的認識。羅伯茨綠僵菌的致病機理與植物和人類病原真菌的均類似，而後兩類真菌也有OPY2類蛋白，因此, 研究羅伯茨綠僵菌OPY2的功能具有普遍意義，能推動其它病原真菌致病機理的研究。

結題摘要

本項目以羅伯茨綠僵菌為材料研究昆蟲病原真菌的致病機理，旨在為創建高效安全的真菌殺蟲劑提供理論依據。前期工作發現膜蛋白OPY2是一個新致病因子，但機制不清。因此本項目提出三個研究內容：一是研究調控OPY2蛋白水平的機制；二是研究OPY2與下游信號轉導途徑的互作機制；三是挖掘受OPY2調控的下游致病基因。重要結果如下。其一，OPY2是控制真菌由腐生向寄生生活方式轉換的關鍵基因，決定羅伯茨綠僵菌附著胞形成的起始。較低OPY2蛋白水平保證正常腐生生長， OPY2蛋白水平上升是啟動附著胞形成所必須的。在寄生階段OPY2基因通過alternative transcription start sites機制產生兩條大小不同的轉錄本，而在腐生階段只有其中的長轉錄本。短轉錄本中的主ORF翻譯效率高，長轉錄本5UTR中的uORFs抑制下游主ORF的翻譯，最終導致OPY2蛋白在寄生階段水平高，腐生階段水平低。其二、OPY2調控不同的MAPK途徑以適應不同的環境。腐生階段，OPY2調控Hog1-MAPK；附著胞形成階段，OPY2負調控FUS3-MAPK；血腔定植階段，OPY2調控HOG1-MAPK。其三、基於RNA-Seq的轉錄組分析發現， OPY2基因在不同的階段調控特有的基因，以適應相應的環境。分析受OPY2調控的基因，我們發現了一個調控附著胞形成的新轉錄因子AFTF1。AFTF1表達水平提高是附著胞正常形成所需要的，但OPY2限制它在附著胞形成時水平過高；過高的AFTF1抑制附著胞的形成。其三、揭示了MAPK信號轉導途徑對羅伯茨綠僵菌致病過程的調控機制和它們在昆蟲病原真菌毒力進化中的多樣性。Fus3-，Hog1-，和Slt2 -MAPK途徑均與致病相關。Fus3-MAPK途徑是附著胞形成所必需的。Hog1-和Slt2-MAPK途徑既參與控制附著胞形成，又調控定植昆蟲血腔。RNA-seq分析發現，保守的MAPK信號轉導途徑在不同的昆蟲病原真菌中調控不同的下游致病因子；而在不同昆蟲病原真菌之間保守的下游致病因子受多樣的信號轉導途徑調控。最後，綠僵菌通過基因水平轉移機制從寄主昆蟲中獲得甾醇轉運蛋白基因Mr-NPC2a，它幫助綠僵菌更好地適應血腔環境，從而成功侵染；該研究不但發現了重要的致病因子，而且首次從功能研究水平報導基因水平轉移是推動真核病原物的致病能力的一個機制。