Characterization of glycosylation-related genes in pathogenesis of Magnaporthe oryzae

Abstract

벼 도열병균은 전세계적으로 벼를 재배하는 지역에서 심각한 피해를 주는 식물병원균이다. 이 도열병은 식물과 병원체간의 관계를 이해하는데 모델시스템이다. 도열병균의 병 발생과정을 완성하기 위해 소포체에서의 분비 메커니즘은 중요하다. 분비 메커니즘 중에 하나인 당질화 과정은 단백질 안정화와 Quality control에 관련된 역할을 한다고 알려져 있다. 이 당화과정은 식물병원균에서는 아직 연구된 바가 거의 없다. 당질화 과정 유전자를 선별하기 위해 먼저 상호 BLASTP 연구를 통하여 효모의 유전자에 대응하는 37개의 도열병균 당질화 유전자를 선별하였다. T-DNA 삽입 유전체 library를 이용하여 병원성이 야생형에 비해 줄은 2개의 유전자를 찾았다. 이 두 유전자는 각각 MoANP1와 MoALG8의 유전자 근처에 삽입되어 있으며, N-당질화 과정에서 당기를 붙이는 기능을 하고 있다. 이 두 유전자의 기능을 분석하기 위해 유전자 치환방법을 이용하여 유전자 삭제 변이체를 제작하였다. 이 두 유전자의 삭제 변이체는 잎에서의 병진전과 침입균사의 병 발생이 지연되었다. 그리고 여러 표현형질 로써ΔMoanp1 의 경우 야생형에 비해 60%정도의 분생 포자를 형성하였으며, 세포벽 결함을 확인할 수 있는 Congo red 배지에서 균사생장에 영향을 보였다. 또한 세포벽 분해효소의 활성이 저하되었다. ΔMoalg8의 경우 병 발생을 제외한 다른 병 발달 과정에서 야생형과 차이를 보이지 않았다. 그러나 당질화 과정 억제제인 tunicamycin을 처리하였을 때 UPR 회로와 관련된 6개의 유전자들의 발현이 증가하였고, 또한 ΔMoalg8에서의 6개 유전자 발현 역시 비슷한 양상을 보였다. 본 연구의 결과를 종합하였을 때 당화과정에 관련된 두 유전자는 병원성 과정에 있어 당질화 과정 유전자가 관여함을 보여주고 있다.

Rice blast caused by Magnaporthe oryzae is one of the most devastating diseases in rice-growing regions worldwide. It is also known as a model system to understand plant-microbe interactions. Proper functioning of the secretory machineries in the ER is important for successful disease development of M. oryzae. One of the secretory machineries is glycosylation involved in protein stability and quality control although little is known about roles of glycosylation during disease development by plant pathogenic fungi. Comprehensive BLASTP analysis revealed that 37 homologous genes were identified in M. oryzae, based on the glycosylation related genes of Saccharomyces cerevisiae. Two of 13 mutants found in the T-DNA mutant library showed defects in pathogenicity. These two mutants have T-DNA insertions near the MoANP1 and MoALG8 genes, respectively, and they are known to play roles in adding glycan during N-glycosylation. To characterize the functions of the genes, additional deletion mutants were generated by a gene replacement strategy. Both ΔMoanp1 and ΔMoalg8 mutants showed significantly reduced pathogenicity and invasive growth. The ΔMoanp1 mutant grew slowly and produced 60% fewer conidia than wild type. The mutant was also susceptible to Congo red, indicating cell wall defects. Also defected to CWDE utility. The ΔMoalg8 mutant showed no defect in the tested phenotypes compared to wild-type. However, when treated with tunicamycin, an inhibitor of protein glycosylation, expression of six genes involved in the UPR pathway was strongly up-regulated. Similarly, the genes were also up-regulated in the ΔMoalg8 mutant without the treatment of tunicamycin. Taken together, this study provides the evidence that N-glycosylation is important in the pathogenicity of M. oryzae.