PLoS Pathogens

细胞分裂是指活细胞增殖及其数量由一个细胞分裂为两个细胞的过程。真核细胞分裂包括有丝分裂、减数分裂、无丝分裂。在真菌中，细胞核分裂（有丝分裂）与细胞质分裂的耦合涉及两个复杂的网络系统，即有丝分裂退出网络（mitotic exit network）和隔膜形成起始网络（septation initiation network）。细胞质分裂主要包括三个过程：分裂位点的选择，蛋白复合物的有序组装和启动收缩环及隔膜形成。细胞分裂周期的正常进行受到许多因素的调控，其中有丝分裂退出过程是细胞分裂周期过程中的关键步骤，能够确保其细胞核分裂过程正常退出，进入下一个周期。然而，在植物病原真菌中，有丝分裂退出过程如何调控致病性尚不清楚。

近日，国际知名期刊PLoS Pathogens在线发表了闽江学院王宗华团队郑华伟课题组题为“The mitotic exit mediated by small GTPase Tem1 is essential for the pathogenicity of Fusarium graminearum”的研究论文。该研究阐明了FgBub2-FgBfa1复合体调控小GTP酶FgTem1介导有丝分裂退出过程和致病性的分子机制。

禾谷镰刀菌是一种引起小麦赤霉病，严重威胁全球小麦生产安全的丝状病原真菌。它产生的多种真菌毒素（如DON）会残留在麦粒中，严重危害食品安全。小GTP酶家族蛋白包括Ras，Rho，Rab，Ran和Arf等，实验室前期对禾谷镰刀菌中小GTP酶家族蛋白Rab、Rho等进行了系统研究。Tem1是1994年被发现的小GTP酶Ras类蛋白，在模式真菌酵母中是致死基因。迄今为止，在动物细胞中尚未发现其同源基因。

本研究首先在禾谷镰刀菌中鉴定到一个保守的小GTP酶Tem1同源蛋白。FgTEM1基因敲除后，ΔFgtem1突变体对禾谷镰刀菌的营养菌丝生长影响不大，有性发育过程及毒素DON产量也无明显变化，对小麦麦穗的致病性却大幅度降低。进一步研究发现ΔFgtem1突变体的侵染垫/侵染结构形成明显缺陷，表现为侵染结构变小、松散。显微观察结果显示，ΔFgtem1突变体在小麦胚芽鞘细胞内的生长也受到显著抑制。FgTem1在生长发育及侵染致病的各个过程均主要定位于纺锤体中，参与有丝分裂的退出过程。

通过GFP pull-down及质谱分析，鉴定到septin组件FgCdc11，FgCdc11与FgTem1 DN（dominant negative）状态互作，并调控FgTem1的亚细胞定位，推测FgCdc11可以作为FgTem1的支架蛋白，鸟苷酸交换因子在其上提供GEF活性。除了septin外，还鉴定到含有TBC结构域的蛋白FgBub2（TBC结构域蛋白通常是小G蛋白的水解酶）。在禾谷镰刀菌体内FgBub2与FgTem1互作，体外水解酶实验显示FgBub2将FgTem1 GTP激活态水解成失活态的FgTem1，维持FgTem1活性的动态平衡。FgBfa1与FgBub2直接互作，形成一个异源二聚体，FgBfa1在体外与FgTem1的CA态（constitutively activate）互作，表明FgBub2-FgBfa1二聚体作为FgTem1的GTP水解酶。ΔFgbub2和ΔFgbfa1突变体细胞核及隔膜数目显著增加，参与有丝分裂退出过程，并显著抑制了孢子的早期萌发过程。在ΔFgbub2和ΔFgbfa1突变体的背景下敲除FgTEM1基因，发现ΔFgbub2-ΔFgtem1及ΔFgbfa1-ΔFgtem1双敲突变体孢子隔膜数量基本恢复至野生型的水平，进一步从遗传上证明了FgTem1是FgBub2-FgBfa1复合体的靶标。表型鉴定结果显示FgBub2和FgBfa1调控禾谷镰刀菌的分生孢子产量、有性发育过程、毒素DON及致病性。

综上所述，本研究首次在植物病原真菌中系统性地鉴定了小GTP酶FgTem1的生物学功能及FgBub2/FgBfa1-FgTem1级联途径精准调控有丝分裂退出过程，丰富了有丝分裂退出过程在植物病原真菌中的研究。鉴于FgTem1较为特异调控致病性，且在动物细胞中无同源蛋白，其可作为研发新型杀菌剂的重要靶点。

闽江学院郑华伟研究员为本论文的通讯作者，已毕业硕士研究生苗鹏飞为论文第一作者，闽江学院-福建农林大学联合培养硕士研究生毛旭钊为共同第一作者。闽江学院王宗华研究员，福建农林大学周洁教授、郑文辉教授及多位学生参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金、福建省杰出青年科学基金及闽江学院启动经费的资助。

论文链接：

https://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1011255