New Phytologist | 浙江大学卢建平团队发表稻瘟病菌附着胞发育机制方面的研究成果

学术 2024-11-12 23:37 湖北

为了穿透宿主表皮角质层，许多病原真菌演化出附着胞等专门的侵染结构。侵染结构的形成离不开由信号转导途径介导的对细胞形态的重塑。当真菌细胞膜受体感受到来自宿主等的外界环境信号后，通过信号转导途径将这些信息传递到细胞内，调控下游基因的表达，促进侵染结构的分化。稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）是引起水稻发生毁灭性病害的致病真菌，严重影响稻谷产量和质量。稻瘟病菌附着胞的发育以及对水稻的侵染过程受到丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinase, MAPK）信号转导通路的调控，其中病原性丝裂原活化蛋白激酶1（Pmk1）MAPK是核心组成部分。Pmk1 MAPK信号通路已经被证实参与真菌生长发育、致病侵染、响应外界环境胁迫以及与植物和其他微生物之间的相互作用等过程。典型的MAPK途径包括一个由MAP激酶（MAPK）、MAPK激酶（MEK/MKK）和MKK激酶（MEKK/MKKK）组成的蛋白激酶级联。虽然Pmk1 MAPK信号通路的分子组成已比较清楚，但传递以及调控该信号途径的细胞内结构还不清楚。

2024年11月4日，浙江大学生命科学学院卢建平研究小组在New Phytologist杂志上在线发表了题为“The endosomal–vacuolar transport system acts as a docking platform for the Pmk1 MAP kinase signaling pathway in Magnaporthe oryzae”的研究论文。该研究揭示了内体-液泡运输系统是Pmk1 MAPK信号通路的锚定平台，首次在真菌中阐明了介导MAPK信号通路的细胞内结构。

首先，通过观察稻瘟病菌菌丝、孢子和附着胞中Rab5A和Rab7标记的内体的动态发育过程，本研究确认了早期(初级)内体EE、晚期(次级)内体LE和液泡的特征（Rab5A标记EE、Rab5A和Rab7共同标记LE以及Rab7标记液泡）以及转变过程，证明了在人工疏水性表面上形成的稻瘟病菌成熟附着胞内的大型囊泡是晚期内体或者内体性溶酶体而不是液泡，而且附着胞穿透植物细胞壁或者降低胞内膨压促进晚期内体向液泡的转变（图1）。

图1. 稻瘟病菌附着胞中内体的发育过程

进而，通过对Pmk1 MAPK信号通路上主要蛋白Msb2、Cap1、Ras2、Mst50、Mst11、Mst7和Pmk1在附着胞形成过程中细胞定位的观察，该研究确定上述蛋白在稻瘟病菌附着胞发育的各个时期都能与早期内体和晚期内体共定位。进一步通过分离稻瘟病菌中的内体，研究人员证明了Pmk1 MAPK信号通路上的蛋白组分存在于内体结构中。通过对Pmk1磷酸化水平的检测，研究者发现当内体-液泡发育过程受阻时，受体Msb2的降解减慢、Pmk1的磷酸化水平增加；当内体-液泡发育过程加快时，Msb2的降解加快、Pmk1的磷酸化水平降低；当内吞作用受到抑制时，Pmk1活性下降。另外还发现受体Msb2的降解与转运必需内体分选复合体0（ESCRT-0）中的Vps27蛋白有关。Vps27与Msb2直接相互作用，影响Msb2的泛素化修饰并参与将Msb2分选入多泡体（晚期内体）中。

总之，该研究证明了内体-液泡运输系统是稻瘟病菌中Pmk1 MAPK信号通路的锚定平台（图2）。当膜受体感受到细胞外信号后，通过内吞作用进入到内体膜上，并在晚期内体膜表面激活Pmk1 MAPK通路；激活的Pmk1进入细胞核调节包括转录因子在内的核基因的表达。最后，已发挥功能的或多余的信号蛋白经泛素化修饰，并被分选到多泡体内，从而终止信号传递过程。当晚期内体与液泡融合后，信号蛋白进入液泡腔中被降解。

图2. 内体-液泡运输途径调控Pmk1 MAPK信号通路的工作模式图

浙江大学生命科学学院博士研究生王清为本文的第一作者，卢建平教授为通讯作者。浙江省农业科学院林福呈教授、王教瑜研究员和浙江大学农业与生物技术学院刘小红教授等参与了该研究。

原文链接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/share/55DMJPZXRDSQGBK26GYN?target=10.1111/nph.20235

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