获取宿主源的糖是病原体生存、繁殖的关键。然而,很少有研究关注病原菌如何操纵宿主的糖转运途径使自身获取更多可利用的宿主源的糖。作为活体营养寄生型真菌,小麦条锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici,Pst)完全依赖于宿主获取生长发育所需的糖,解析小麦条锈菌转运寄主糖的分子机制,为制定行之有效的病害防控策略奠定基础。本研究利用分子生物学等手段对小麦条锈菌获取寄主蔗糖的两条途径做了系统地解析,揭示了两条较为完整的转运路径。一是由Ta WRKY61-Ta WRKY82-Ta VQ5模块转录调控糖转运蛋白Ta STP3介导条锈菌转运寄主源蔗糖以供其生长繁殖所需的途径。实验室前期从小麦79条Ta STPs基因中鉴定到一个受条锈菌诱导高表达的糖转运蛋白基因Ta STP3。RNAi-Ta STP3转基因小麦能够抑制条锈菌菌丝的生长发育,而Ta STP3过表达转基因植株促进菌丝拓展,感病表型明显增强,表明Ta STP3是一个小麦易感条锈病因子。利用Ta STP3的启动子进行酵母单杂交筛选获得了5个候选转录因子基因Ta WRKY17、Ta WRKY19、Ta WRKY61、Ta WRKY82和Ta PHR1。本研究在此基础上进一步明确了小麦在感条锈病过程中Ta STP3的转录调控方式,现获得以下主要结果:1.利用GC-MS分析发现转基因小麦叶片的蔗糖含量与Ta STP3的表达量呈正相关,在Ta STP3过表达转基因植株叶片中蔗糖含量升高,而在RNAi-Ta STP3转基因植株叶片中蔗糖含量下降。Ta STP3回补酵母突变体后,又恢复了突变体转运葡萄糖和蔗糖的功能。此外,Ta STP3过表达植株的转录组分析发现,一些防御相关基因显著下调,特别是启动子区域含有糖响应顺式作用元件SREs(Sugar responsive elements)的防御基因,表明这些基因的转录抑制是对糖积累增强的响应。2.对Ta STP3酵母单杂交筛选到的5个候选转录因子基因Ta WRKY17、Ta WRKY19、Ta WRKY61、Ta WRKY82和Ta PHR1进行了过表达转基因小麦的创制,通过表型鉴定和功能分析明确了在小麦感条锈病过程中特异性调控Ta STP3的转录因子是Ta WRKY19、Ta WRKY61和Ta WRKY82,这3个转录因子都是小麦抗条锈病的负调控因子,能够激活Ta STP3的表达。3.Ta WRKY19的表达量受条锈菌的诱导而Ta WRKY61和Ta WRKY82的转录水平对条锈菌的侵染无响应,并且Ta WRKY61和Ta WRKY82之间能相互作用且都不与Ta WRKY19互作;我们推测Ta WRKY19有单独的调控方式,而Ta WRKY61和Ta WRKY82协作共调控Ta STP3。通过转录组数据和双荧光分子互补(Bi FC)实验,我们筛选到在小麦感条锈病过程中特异表达并与Ta WRKY61和Ta WRKY82互作的VQ蛋白;随后双荧光素酶报告系统进一步selleck产品证明Ta WRKY61-Ta WRKY82-Ta VQ5模块协同转录激活Ta STP3的表达。二是由Pst15882-Ta MYB50模块介导条锈菌劫持小麦糖转运蛋白Ta SWEET14d的途径,使宿主源蔗糖被大量累积以供其生长繁殖所需。实验室前期利用转录组数据、q RT-PCR、GWAS分析,筛选鉴定到一个在小麦感条锈病过程中特异性表达systemic immune-inflammation index的SWEET基因Ta SWEET14d。酵母单杂交筛选到调控Ta SWEET14d的转录因子Ta MYB50。本研究在此基础上进一步明确了Ta SWEET14d的功能以及条锈菌劫持它的方式,现获得以下主要结果:1.利用小麦转基因技术创制了Ta SWEET14d的过表达植株和编辑植株。Ta SWEET14d过表达转基因小麦接种条锈菌后,叶片孢selleck化学子量增多,菌丝拓展面积增大,感病表型增强;CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术创制的Ta SWEET14d沉默植株能够抑制条锈菌菌丝的生长发育,表明Ta SWEET14d正调控小麦感条锈病的过程。2.酵母突变体互补技术和GC-MS分析表明,Ta SWEET14d转运蔗糖,并且在Ta SWEET14d过表达转基因小麦叶片中蔗糖含量增加。亚细胞定位分析发现Ta SWEET14d在烟草叶片和小麦原生质体中定位在高尔基体上。3.对调控Ta SWEET14d的转录因子基因Ta MYB50进行了过表达转基因小麦和瞬时沉默植株的创制,通过表型鉴定和功能分析,表明Ta MYB50是小麦感条锈病的负调控因子,能够抑制Ta SWEET14d表达。EMSA、双荧光素酶报告系统分析表明Ta MYB50通过结合Ta SWEET14d启动子的顺式作用元件TA-box来抑制它的表达。4.酵母双杂交筛选获得的与Ta MYB50互作的条锈菌效应蛋白Pst15882,它们在细胞质与细胞核中相互作用。Pst15882在烟草叶片中抑制BAX诱导的细胞程序性死亡;在小麦叶片瞬时表达Pst15882能抑制胼胝质的累计,并诱导Ta SWEET14d表达。而沉默Pst15882能限制条锈菌的生长,使Ta SWEE14d不能被诱导表达。双荧光素酶报告系统分析表明Pst15882能削弱Ta MYB50对Ta SWEET14d的转录抑制作用。小麦条锈菌转运寄主蔗糖的两条途径都是以寄主糖转运蛋白为核心靶标,通过转录水平的调控使宿主源的糖富集在条锈菌与寄主细胞交互界面,为条锈菌提供更多可利用的宿主源的糖。在此,我们的研究为活体营养型真菌摄取寄主营养分子机制开拓了新的视野,也为创制抗条锈病的小麦种质奠定了分子基础。