团队PI:张永军

骨干成员：牛国清、罗志兵

团队聚焦农作物病、虫、草害的微生物绿色防控，开展生防真菌与宿主(昆虫、植物)互作机制和农用代谢产物合成生物学研究，为增强生防微生物应用效果和探索生防制剂应用新途径或策略提供支撑；挖掘新的微生物源代谢产物，采用合成生物学途径开发微生物源抗病、杀虫和除草等功能的微生物源农药。

  本年度解析了5个分泌蛋白在生防真菌与昆虫互作及免疫逃避的作用及机制，揭示了调控生防真菌穿透昆虫体壁的MAPK信号调控途径的作用机制并分离了途径调控靶标基因。发现MAPK磷酸化非转录因子蛋白调控真菌生长和氧化胁迫反应的新机制；揭示了营养调控因子AreA调控真菌氮源代谢、昆虫致病性及植物共生的平衡，有助于真菌适应不同的宿主环境。利用互作组学解析了生防真菌与植物互作的分子基础。重要进展如下：

  1. 发现昆虫生防真菌两个分泌蛋白参与宿主营养利用和逃避免疫反应

生防真菌球孢白僵菌应宿主昆虫信号(营养、高渗和氧化)刺激分泌的一个β-1，3/4-葡聚糖酶BbEng1参与逃避宿主免疫识别、分解宿主碳化合物促进真菌增殖。BbEng1既分布于细胞壁和细胞表面，在侵染过程中大量分泌到胞外。作为细胞表面蛋白隐蔽或修饰病原相关分子模式(β-1，3-葡聚糖等)，有助于逃避宿主免疫识别。分泌蛋白参与降解宿主体壁和血腔碳水化合物，促进掠夺宿主营养。而且分泌蛋白又可强烈结合真菌细胞壁，参与隐蔽和修饰病原相关分子模式。分布于细胞壁，参与真菌细胞壁代谢更新，有利于增殖。过表达基因显著增强和生防真菌杀虫效果。研究结果申请发明专利1项(公布日2022.01.21)。此外，发现球孢白僵菌侵染宿主过程中分泌磷脂酶A2(BbPLA2)，参与利用昆虫酯类和稳定真菌胞内脂滴稳态。分泌蛋白同时通过竞争昆虫磷脂酶A2的底物，干扰花生四烯酸介导的免疫反应。研究结果已发表于农林科学1区期刊Insect Science (2022, 29, 1685–1702)。这些发现为改良生防真菌提供而理论支撑，并提供了目的基因。

图1 BbEng1 表达、细胞分布和分泌特征

  2. 证实Fus3/Kss1 MAPK磷酸化激活转录因子Ste12调控真菌穿透昆虫体壁

    生防真菌是唯一通过直接穿透昆虫体壁侵染宿主昆虫的微生物，穿透体壁是真菌侵染宿主的关键关节。前期研究发现Fus3/Kss1 MAPK (Bbmpk1)和转录因子Ste12 (BbSte12)均是调控球孢白僵菌穿透昆虫体壁的关键因子，但二者的调控机制尚不明晰。课题组采用蛋白互作、磷酸化位点突变及突变磷酸化水平检测研究发现，Bbmpk1磷酸化激活BbSte12是其介导白僵菌的必需途径，鉴定了BbSte12的关键磷酸化位点。比较Bbmpk1和BbSte12介导的其它生防性状，结合转录组分析发现，二者除磷酸化级联反应介导穿透体壁外，分别独立参与其它途径调控生长、产孢、菌丝分化和氧化胁迫等生防性状(图2)。该发现为探索真菌侵染致病机制奠定了理论依据。研究成果发表于农林科学1区期刊Pest Management Science。延伸工作申请并获得1项国家自然科学青年基金和重庆市科技局博士后基金1项。

图2. BbMpk1和BbSte12调控白僵菌穿透体壁和介导不同生防性状的作用模式

3. 发现氮源代谢抑制激活子AreA调控生防真菌氮源代谢、侵染昆虫和与植物互作的平衡

生防真菌球孢白僵菌既可寄生昆虫引起侵染致病，也可定殖植物与植物形成互惠共生关系，赋予植物多种有益性状，包括促生或/和抗逆性等。真菌从宿主获取生长所必需的营养物质其完成侵染昆虫和定殖植物的基础。课题组与美国University of Florida的Nemat O Kehani教授和加拿大Brock University的Michael J. Bidochka教授合作，通过反义抑制氮代谢抑制调控关键因子BbAreA基因解析其在白僵菌与宿主互作过程中作用。研究发现，BbAreA正调控球孢白僵菌对多种氮源的利用、高渗胁迫的耐受性以及在宿主昆虫体内的分化增殖，负调控菌株对氧化和低氧胁迫的适应性以及具有抗氧化和抑制宿主免疫功能的次生代谢物tenellin和oosporein的合成。研究结果表明，BbAreA在菌株的营养利用、昆虫的致病性及与植物的共生等方面扮演了平衡者的角色，以增强对生态位的适应性(图3)。研究成果在农林科学一区期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry 上发表。

图3 BbAreA调控白僵菌氮源利用、侵染昆虫和与植物互作的平衡作用模式