我室许金荣教授团队揭示禾谷镰刀菌侵染过程中的分子识别机制

禾谷镰刀菌是引起小麦赤霉病的主要致病菌，除了造成小麦产量的损失，其分泌的脱氧雪腐镰刀菌烯醇等真菌毒素还可污染小麦及小麦制品，是食品安全的重要威胁。禾谷镰刀菌的侵染受到了精确的分子调控，对寄主的识别是侵染反应启动的基础和前提。GPCR是一大类膜蛋白受体的统称，很可能介导了禾谷镰刀菌侵染过程中的分子识别。目前有超过30%的临床药物是以人类的GPCR为靶点研制的，却没有针对病原真菌GPCR设计的抗真菌剂，可见在真菌GPCR的研究领域还有很大的空间和前景。

2019年6月3日，我室许金荣教授团队以长文形式在Nature Microbiology期刊上发表了题为An expanded subfamily of G-protein-coupled receptor genes in Fusarium graminearum required for wheat infection的研究论文，系统性阐述了禾谷镰刀菌侵染过程中GPCR介导的分子识别和信号传导机制，并发现禾谷镰刀菌中存在一类扩张的GPCR亚家族，该亚家族成员主要在侵染阶段特异表达。

在该研究中，许金荣教授团队对禾谷镰刀菌的105个GPCR基因进行了系统敲除，发现其中的3个是禾谷镰刀菌负责识别小麦穗的主效GPCR。其中Giv1主要负责对小麦穗表面的识别并调控了侵染结构的形成，而Giv2和Giv3则主要识别植物组织内部物质，调控侵染菌丝的分化及扩展。研究还鉴定了GPCR下游的信号通路（cAMP-PKA和Gpmk1 MAPK信号通路），并通过过激活下游信号通路以及信号通路关键激酶的进核等实验，进一步明确GPCR和下游信号通路的上下游关系。研究还发现，在禾谷镰刀菌中存在一个GPCR亚家族，这个含有22个成员的GPCR亚家族中只有3个成员在稻瘟菌和粗糙脉胞菌中能找到同源基因。结合表达模式的数据分析，发现这个亚家族的多数成员均为侵染时期特异表达，且几乎都位于快速基因组区。因而将其命名为EIG（for expanded infection-related GPCR genes）亚家族。研究者在EIG亚家族成员启动子区域发现了一个非常保守的基序。这一保守的基序直接介导了EIG亚家族成员在侵染时期的表达。

禾谷镰刀菌中扩张出的侵染相关GPCR亚家族

江聪副研究员为论文的第一作者，许金荣教授为论文的通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、西北农林科技大学“双一流”旱区作物与逆境生物学学科群等项目的资助。