西瓜枯萎病是一种由尖孢镰刀菌西瓜专化型(Fusarium oxysporum f.sp.niveum)引起的土传真菌病害,严重危及西瓜的产量和品质,成为制约我国西瓜产业可持续发展的主要瓶颈之一。然而,目前关于西瓜枯萎病菌致病性分子机制的认识仍非常有限。多聚ADP核糖基化修饰是一种广泛存在于几乎所有生物中的可逆蛋白质翻译后修饰,主要由多聚ADP核糖聚合酶[Poly(ADP-ribose)polymerase,PARP]负责,而多聚ADP核糖水解酶[Poly(ADP-ribose)glycohydrolase,PARG]则消除底物上的ADP核糖基化修饰。本文结合生物化学、质谱分析、分子生物学、植物病理学等技术方法,研究了西瓜枯萎病菌中多聚ADP核糖聚合酶Fon PARP1和多聚ADP核糖水解酶Fon PARG1共同介导的多聚ADP核糖基化修饰在致病性中的功能和作用机制。西瓜枯萎病菌中存在一个多聚ADP核糖聚合酶基因Fon PARP1和一个多聚ADP核糖水解酶基因Fon PARG1。Fon PARP1含BRCT、WGR、PARP1＿reg和PARP1等四个保守结构域,而Fon PARG1含一个保守的PARG＿cat结构域。构建了Fon PARP1和Fon PARG1的敲除突变体ΔFon PARP1和ΔFon PARG1及回补菌株ΔFon PARP1-C。基础生物学表型分析结果表明Fon PARP1参与调控西瓜枯萎病菌在不同营养条件下的菌丝生长以及对非生物胁迫的响应,而Fon PARG1仅在西瓜枯萎病菌非生物胁迫响应中起作用。Fon PARP1敲除突变体ΔFon PARP1减弱在西瓜上的致病性,导致其在植株内侵染定殖和生长能力显著下降;而ΔFon PARG1不影响在西瓜上的致病性。Fon PARP1定位在细胞核中并具有多聚ADP核糖聚合酶活性,能在体外发生自我多聚ADP核糖基化修饰。Fon PARP1保守结构域BRCT、WGR、PARP1＿reg和PARP1缺失或关键活性位点E729突变后不再具有多聚ADP核糖聚合酶活性MRTX849纯度,也不能回补ΔFonbioreactor cultivation PARP1在非生物胁迫响应和致病性等方面的缺陷表型。Fon PARG1与Fon PARP1间存在互作关系,Fon PARG1具多聚ADP核糖水解酶活性,并能在体外水解Fon PARP1上的自我多聚ADP核糖基化修饰。鉴定到西瓜枯萎病菌中53个可能的Fon PARP1互作因子,其中Fon Kin4是一个与有丝RAD001研究购买分裂相关的丝/苏氨酸蛋白激酶,并证实了Fon Kin4与Fon PARP1间的互作关系。构建了Fon Kin4敲除突变体ΔFon Kin4,表型分析结果表明Fon Kin4在西瓜枯萎病菌营养生长、无性繁殖、大型分生孢子形态、非生物胁迫响应以及致病性中起作用,并影响西瓜枯萎病菌在植株内定殖和生长的能力。Fon Kin4定位于隔膜,含有一个保守的S＿TKc结构域,具丝/苏氨酸蛋白激酶活性,能够在体外发生自我磷酸化修饰。Fon Kin4上的S＿TKc保守结构域和T462活性位点是Fon Kin4蛋白激酶活性所必需的,且这个酶活性与其在基本生物学表型、非生物胁迫响应以及致病性等方面的功能有关。Fon Kin4在体外磷酸化修饰Fon PARP1,但不能被Fon PARP1多聚ADP核糖基化修饰;Fon Kin4对Fon PARP1的磷酸化修饰促进Fon PARP1多聚ADP核糖聚合酶的活性。Fon PARP1能与蛋白质二硫键异构酶Fon Pdi1互作,Fon PARP1中含BRCT结构域的N端是其与Fon Pdi1互作的区域,但Fon PARP1不能与其他Fon Pdis互作。Fon PARP1能特异性多聚ADP核糖基化修饰Fon Pdi1。Fon PARG1与Fon Pdi1存在互作关系,并能水解Fon Pdi1上由Fon PARP1介导的多聚ADP核糖基化修饰。鉴定到Fon Pdi1上21个发生多聚ADP核糖基化修饰的谷氨酸和天冬氨酸位点,其中13个谷氨酸位点为关键修饰位点;Fon Pdi1上的多聚ADP核糖基化修饰水平影响其与Fon PARP1之间的互作强度、PDI活性和致病性功能。Fon PARP1和Fon Pdi1的多聚ADP核糖基化修饰在内质网稳态和功能中起作用,影响胞外果胶酶分泌。本研究揭示了由Fon PARP1和Fon PARG1介导的多聚ADP核糖基化修饰在西瓜枯萎病菌致病性中的作用,明确了Fon PARP1在西瓜枯萎病菌致病性中的功能受上游Fon Kin4的磷酸化调控,阐明了Fon PARP1通过多聚ADP核糖基化修饰Fon Pdi1从而调控其在西瓜枯萎病菌PDI活性、内质网稳态和功能、致病性中的作用。这些结果为进一步解析西瓜枯萎病菌致病性的分子网络提供新的思路。