转运蛋白FgMFS1通过外转运水杨酸增强禾谷镰刀菌致病力

赤霉病严重威胁小麦产量和品质，其主要致病菌是禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）。水杨酸(salicylic acid, SA)是小麦抗赤霉病的关键植物激素。禾谷镰刀菌侵染麦穗导致其大量累积SA（Qi et al. 2016），且SA可直接抑制禾谷镰刀菌孢子萌发、菌丝生长和毒素合成（Qi et al. 2012）。已发现SA可通过抑制FgLAI12（亚油酸异构酶基因；Zhang et al. 2017）和FgCHS8（几丁质合成酶基因；Zhang et al. 2016）的表达，降低禾谷镰刀菌细胞壁和细胞膜应对逆境的能力。

禾谷镰刀菌有一套有效机制降低SA的毒性。已发现的机制包括：通过上调ATP结合盒式(ABC)转运蛋白FgABCC9外转运SA（Qi et al. 2018）；通过上调水杨酸代谢酶（FgNahG、FGSG_03657、FGSG_09061、FGSG_03667）快速降解SA（Qi et al. 2019；Rocheleau et al. 2018）；通过增强甘露糖蛋白FgCWM1表达增厚细胞壁（Zhang et al. 2019）。

图1禾谷镰刀菌应对SA胁迫的分子机制

ATP结合盒式(ABC)转运蛋白和主要协助转运蛋白(MFS)是真菌的两类主要转运蛋白。ABC转运蛋白通过水解ATP供能运输底物，已证明FgABCC9是SA外转运蛋白。MFS转运蛋白依靠细胞膜产生的质子动力源运输单糖、多糖、氨基酸、多肽、维生素、药物分子、碱基等众多小分子。尚不清楚MFS是否参与外转运SA。

前期发现一个候选MFS转运蛋白基因（FGSG_03725；FgMFS1）受SA诱导表达，且在禾谷镰刀菌侵染小麦穗部早期高表达。结构预测发现FgMFS1蛋白含有12个跨膜结构域（图2）。聚类分析表明FgMFS1归属于MFS超家族的DHA 1亚家族（图3），这提示当质子跨膜流入细胞时FgMFS1可向外转运底物。

图2FgMFS1结构图

图3FgMFS1聚类分析图

创制FgMFS1的敲除突变体（ΔFgMFS1）和回复突变体（C-FgMFS1），发现ΔFgMFS1对SA更敏感（图4A-B）；接种ΔFgMFS1的麦穗赤霉病症状较轻（图5A-B）、毒素含量更低（图5F）、SA含量更高（图6A）。亚细胞定位表明FgMFS1蛋白通常在液泡表达，SA胁迫时主要在细胞膜表达（图4C）。在酵母中异源表达FgMFS1可提高其对SA的耐受性（如图4E-H）。

图4FgMFS1编码SA外转运蛋白

图5FgMFS1基因对禾谷镰刀菌致病性、DON毒素合成的影响

图6FgMFS1基因对小麦穗部激素积累的影响

综上，FgMFS1编码一个SA外转运蛋白，在禾谷镰刀菌应对SA胁迫时起重要作用，是潜在的防治赤霉病的靶基因。

该结果于2021年发表在International Journal of Molecular Sciences杂志上（Major Facilitator Superfamily Transporter GeneFgMFS1Is Essential forFusarium graminearumto Deal with Salicylic Acid Stress and for Its Pathogenicity towards Wheat）。

文章链接：https:// doi.org/10.3390/ijms22168497

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