新闻资讯

中科项目文章 | “水稻癌症”新发现!华中农大团队揭示稻瘟病菌致病新机制

2020-08-31
中科新生命
1936

稻瘟病是由稻瘟病菌 (Magnaporthe oryzae) 引起的毁灭性病害,有“水稻癌症”之称。稻瘟病世界各地均有发生,严重威胁全球水稻产量和粮食安全。蛋白N-糖基化在内质网(Endoplasmic reticulum, ER)和高尔基体(Golgi apparatus,GA)中进行,调节生命体蛋白质折叠、运输等过程。然而,植物病原真菌中,被N-糖基化修饰的大量蛋白还未被鉴定,其调控稻瘟病菌生长发育和致病过程的分子机制尚不清楚。

2020年2月,华中农业大学、中国农业科学院等研究团队在《PLoS Pathogens》(IF=6.747)上在线发表题为“Quantitative proteomics analysis reveals important roles of N-glycosylation on ER quality control system for development and pathogenesis in Magnaporthe oryzae ”的研究论文,报道了通过定量N-糖基化修饰蛋白质组学技术,系统鉴定稻瘟病菌N-糖基化修饰蛋白,并揭示了N-糖基化修饰参与内质网质量控制(ERQC)系统调节的植物病原真菌生长发育和致病的分子机制。

image.png

研究材料

稻瘟病菌营养菌丝、分生孢子、附着胞样品

技术方法 

N-糖基化修饰蛋白质组、分子生物方法

研究路线 

image.png

研究结果

1.水稻分枝杆菌不同发育阶段的定量N-糖基化蛋白质组学分析

研究人员利用定量N-糖基化修饰蛋白组学的策略,对稻瘟病菌营养菌丝,分生孢子,以及附着胞样品的N-糖基化蛋白进行了大规模鉴定,共获得355个蛋白的559个N糖基化位点。

image.png

2. N-糖基化蛋白质组学的功能分析

功能分类和比较发现N-糖基化可以通过修饰不同类别的靶标蛋白,协调菌丝,分生孢子以及附着胞分化等不同生物学发育过程。研究还发现N-糖基化修饰的靶标蛋白中包含许多参与N-糖基化,O-糖基化以及GPI锚定修饰等过程的关键蛋白,表明三种糖基化修饰之间存在协同作用。

image.png

3. 锁定关键通路:内质网质量控制(ERQC)系统

深入分析发现参与细胞ERQC系统的绝大部分关键蛋白均被鉴定为N-糖基化蛋白,暗示N-糖基化修饰对保证分泌蛋白的正确翻译起着关键调控功能。

image.png

4. 内质网质量控制(ERQC)系统对稻瘟病菌发育及侵染的影响

ERQC系统的关键蛋白编码基因Gls1, Gls2, GTB1和Cnx1的敲除和功能互补验证结果表明这些基因对菌丝生长,分生孢子发育以及侵染菌丝扩展等过程均十分重要。

image.png

5. 关键蛋白Gls1的N-糖基化位点的功能探究

进一步的点突变实验证明Gls1的N497糖基化修饰可以调控Gls1的蛋白稳定性和内质网定位,从而影响ERQC系统的生物学功能。

image.png

总 结·

本研究全方位展示了N-糖基化修饰在植物病原真菌生长发育以及致病过程中的功能,将为稻瘟病的防治提供重要候选靶点,也为深入理解植物病原真菌的致病机理奠定了基础。