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我室刘慧泉教授团队在禾谷镰刀菌有性生殖和侵染致病研究上取得新进展

近日,我室刘慧泉教授团队在New Phytologist在线发表了题为“Stage‐specific regulation of purine metabolism during infectious growth and sexual reproduction in Fusarium graminearum”的研究论文,系统解析了禾谷镰刀菌中的嘌呤核苷酸代谢通路的功能和调控机制。研究发现,嘌呤核苷酸IMP、AMP和GMP从头合成途径对禾谷镰刀菌生活史的各个阶段均具有重要作用,缺少任一途径后突变体腐生生长、无性繁殖、有性生殖和侵染致病均表现出严重缺陷。当从头合成途径存在的情况下,嘌呤核苷酸补救合成途径的作用有限,缺失补救合成途径的突变体在生活史的各个阶段没有明显缺陷。

嘌呤核苷酸是生物体DNA、RNA合成,能量代谢和信号转导所必需的分子,真菌生长发育和侵染致病过程中需要源源不断的嘌呤核苷酸供应。真菌一方面利用自身从头合成途径合成嘌呤核苷酸,另一方面利用补救合成途径从自身分解代谢产生的或从外源获取的嘌呤分子合成嘌呤核苷酸。嘌呤核苷酸代谢在真菌中的重要性毋容置疑,但其在病原真菌生活史的不同阶段(如腐生、侵染、生殖)是否具有不同的作用和调控方式尚未可知。禾谷镰刀菌是小麦赤霉病的重要病原菌,其有性生殖产生的子囊孢子是病害发生的主要侵染源。有关禾谷镰刀菌有性生殖和侵染致病的基因表达调控已有诸多研究,但对其代谢调控却知之甚少。

有意思的是,研究发现,与AMP从头合成相比,GMP从头合成在有性生殖阶段具有明显的功能特殊性。外源添加GMP不能恢复GMP从头合成突变体Fgimd1的有性生殖缺陷,而外源添加AMP可以恢复AMP从头合成突变体Fgade12的有性生殖缺陷。更有意思的是,研究发现,负责AMP到IMP转换的ACD1基因缺失后,禾谷镰刀菌腐生生长正常,但无性繁殖、有性生殖和侵染致病严重缺陷,表明嘌呤核苷酸分解代谢在生殖和侵染阶段具有特异的作用。研究进一步发现嘌呤核苷酸从头合成途径的基因在有性生殖和侵染致病阶段相对于腐生生长阶段下调表达,揭示了嘌呤核苷酸代谢在禾谷镰刀菌生活史不同阶段具有特殊作用的潜在机制。

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假定的嘌呤转运蛋白基因在禾谷镰刀菌中的表达

综上所述,该研究证明嘌呤核苷酸从头合成途径在禾谷镰刀菌中的重要作用以及生殖和侵染阶段对AMP分解代谢的特殊需要。发现嘌呤核苷酸从头合成途径受到生活史阶段特异的调控,禾谷镰刀菌通过调控从头合成途径以协调生活史不同阶段的能耗要求和嘌呤核苷酸需求间的平衡。

我校已毕业孙蔓莉博士为该论文的第一作者,我室刘慧泉教授为该论文的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金优秀青年基金、面上项目及“111”创新引智计划的资助。

原文链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.17170