aBIOTECH | 华中农业大学陈小林课题组鉴定稻瘟菌脂质代谢相关蛋白Nem1及其信号通路

稻瘟病俗称水稻“癌症”，是水稻上危害极大和传播极广的真菌性病害，严重威胁着水稻的安全生产，平均每年造成水稻减产超过10%。当前防治稻瘟病的主要措施之一是使用杀菌剂，开发稻瘟菌特异的新型高效杀菌剂对防控稻瘟病显得尤为重要，其前提是深入了解稻瘟菌的生物学过程并解析其作用机理，在此基础上寻找杀菌剂的关键作用靶点。稻瘟菌侵染水稻的关键生物学过程是从分生孢子形成侵染结构附着胞，附着胞成熟过程中形成大量的甘油并产生极强的膨压是侵入水稻的关键。在这个过程中分生孢子脂滴中存储的脂质被快速利用非常重要。目前，关于稻瘟菌是通过什么机制协调脂质在分生孢子中形成和储存，以及在附着胞形成过程中是如何被快速降解利用的，目前还不清楚。

近日，华中农业大学植物科学技术学院陈小林课题组在aBIOTECH上发表题为“A lipid droplet associated protein Nem1 regulates appressorium function for infection of Magnaporthe oryzae” （点击题目阅读全文）的文章，鉴定了稻瘟菌一个脂质代谢相关的蛋白Nem1，揭示了Nem1响应cAMP-PKA和TOR信号通路，通过磷酸化-去磷酸化修饰分子开关调控分生孢子脂质的形成和附着胞中脂质的利用，从而影响调控稻瘟菌致病过程的分子机制，加深了对植物病原真菌致病机理的理解，为基于真菌脂质形成和利用的新型高效杀菌剂的设计提供了思路。

通过稻瘟菌不同发育阶段表达量分析发现，Nem1在分生孢子和未成熟附着胞中显著高表达，表明该蛋白可能在孢子产生和附着胞形成过程中发挥重要作用。亚细胞定位分析发现Nem1在菌丝、孢子和附着胞中均定位于脂滴。脂滴染色实验检测到NEM1敲除突变体的菌丝和孢子中脂滴数量相比野生型菌株显著减少，但相比野生型明显更大。孢子形成附着胞过程中的脂质体染色实验发现，NEM1敲除体脂滴中脂质的利用显著受到影响。生物学表型分析发现NEM1敲除体在菌丝生长、产孢、附着胞形成、对水稻的致病力方面均存在明显缺陷，是一个关键的致病相关蛋白。

作者进一步发现cAMP-PKA信号通路通过CpkA可以在第303位丝氨酸处磷酸化Nem1，且该磷酸化位点突变后显著影响稻瘟菌致病力和附着胞成熟，脂质体利用也受到影响。以上结果表明Nem1受cAMP-PKA信号通路直接调控，揭示了该信号通路是调控附着胞成熟的一个关键生物学过程。

作者同时通过比较脂质组学分析发现，稻瘟菌中不同种类的脂质含量在NEM1敲除突变体与野生型菌株中存在不同程度的差异，尤其是代表脂质能量代谢末端的DAG（二酰甘油）和TAG（三酰甘油），在敲除体中的含量明显低于野生型。而经过雷帕霉素处理后野生型的TAG相对含量显著上升，NEM1敲除体则变化不显著，同时发现雷帕霉素能诱导Nem1的磷酸化，这表明Nem1同时参与TOR信号途径且其磷酸化受TOR信号调控。

Nem1通过调控脂质的利用影响稻瘟菌附着胞功能

该研究阐明了关键脂滴蛋白Nem1的磷酸化/去磷酸化作为分子开关，调控稻瘟菌脂质合成或利用的决定性作用，进而协调分生孢子形成、附着胞成熟、以及侵染过程的机制，为深入理解植物病原真菌的致病机理提供了新的视角。

稻瘟菌Nem1磷酸化-去磷酸化分子开关调控模型

华中农业大学植物科学技术学院博士后陈灯为本文第一作者，陈小林教授为通讯作者。华中农业大学黄俊斌教授、李国田教授、郑露副教授和刘浩副教授，以及湖南杂交水稻研究中心邢俊杰研究员等也参与了本研究。该研究得到了国家自然科学基金和西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室开放基金的支持。

阅读原文：https://link.springer.com/article/10.1007/s42994-023-00098-5