作物病原真菌功能基因组学研究团队发现控制小麦赤霉病初侵染源形成的新受体

2023年10月9日，我室作物病原真菌功能基因组学研究团队在美国国家科学院院刊《PNAS》上在线发表了题为“A non-pheromone GPCR is essential for meiosis and ascosporogenesis in the wheat scab fungus”的研究论文。博士研究生丁明玉和曹淑琳博士（已毕业）为论文并列第一作者。我室江聪教授和美国普度大学Jin-Rong Xu教授为论文共同通讯作者。刘慧泉教授、王秦虎副教授及课题组其他多名研究生也参与了该工作。该研究率先发现了对小麦赤霉菌有性生殖（初侵染源形成）所必需的新型非信息素依赖的G蛋白偶联受体，揭示了其介导的信号传导途径以及在减数分裂发生和子囊孢子形成中的关键作用，打破了对真菌有性生殖信号识别的传统认知，为开发基于受体干扰的菌源控制技术提供了理论依据。

禾谷镰孢的子囊孢子是引起小麦赤霉病的初侵染源，有效控制子囊孢子的产生对小麦赤霉病防控具有重要意义。减数分裂对于促进遗传多样性和有性子囊孢子形成至关重要，但丝状真菌如何实现信号感知以引导进入减数分裂时期的机制尚不清楚。本研究中，通过对大量GPCR突变体的表型鉴定，发现其中一个突变体的子囊丝钩形态正常，但是子囊发育所必需的减数分裂无法发生。由此判断该突变体对应的GPCR识别对应信号，是启动减数分裂及子囊发育的必要条件，将该GPCR命名为Gia1。在此基础上，还进一步揭示了该基因通过胞内Gpmk1 MAPK信号通路进行信号的传递。

图1 禾谷镰孢非信息素受体Gia1作用时期的精确鉴定

研究发现，Gia1受体的功能在同宗、异宗交配性真菌中高度保守，但仅在粪壳菌纲分布，且在肉座菌目中存在一个旁系同源受体。该受体敲除后无法产生子囊壳，因此命名为Gip1。通过启动子、蛋白区段互换，发现了决定Gip1和Gia1功能差异的关键区域。进一步构建了高效的配体筛选系统用于受体对应配体的筛选与鉴定，发现配体特异存在并高度富集于禾谷镰孢子囊壳中。利用高温灭活和蛋白酶处理后，信号消失，因此推断该配体为蛋白质，这为后续配体的精准鉴定打下了重要基础。

图2 禾谷镰孢有性生殖关键受体的作用模式

该研究工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。作物抗逆与高效生产全国重点实验室实验平台为研究工作完成提供了重要技术支持。

全文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2313034120