疟疾是经蚊虫为媒介传播的由疟原虫感染引起的寄生虫传染病。动合子是疟原虫在蚊期进行有性生殖发育形成的特殊细胞形态阶段。动合子的定向运动能力是疟原虫建立蚊期感染的关键。鸟苷酸环化酶beta（GCβ）-cGMP信号通路对于动合子运动必不可少,然而GCβ是如何启动动合子运动,以及GCβ本身是如何被调控的到目前为止尚不明确。疟原虫的GCβ作为一个双功能蛋白,具有N端P4-ATPase结构域（ALD）和C端的鸟苷酸环化酶结构域（GCD）,构成一个双功能蛋白。这种N端ALD + C端GCD的结构形式在多种原生动物物种中普遍存在,但是具体原因仍然未知。本研究使用约氏疟原虫作为模型,通过利用CRISPR/Cas9基因修饰技术,首次揭示了疟原虫GCβ是在动合子时期唯一表达的鸟苷酸环化酶。GCβ蛋白在动合子时期具有的奇特的顶背侧（ADS）集中定位。GCβ的ADS集中快速发生于动合子发育成熟以后,决定了动合子运动的起始。GCD的突变实验显示,ADS集中的GCβ依赖其cGMP合成活性,促进了 PKG的激活和动合子运动。利用内源cGMP探针Green cGull我们进一步证实了 GCβ的cGMP合成活性。通过对负调控cGMP信号的关键基因PDEδ的敲除,以及Zaprinast处理实验,结合PKG抑制剂Compound 2共处理实验,我们揭示了 GCβ-cGMP信号通路必须在疟原虫动合子发育过程中被PDEδ沉默,以防止PKG过早激活对于动合子发育和形态维持的不利影响。动合子成熟后GCβ的ADS转移集中,通过与PDEδ蛋白实现时空分离,激活下游PKG促进动合子运动。为了解释GCβ的ADS定位机制,进一步的,通过T2A介导的蛋白分离,我们证实了 ALD结构域对于GCβ在ADS的集中定位与动合子运动是必须的。然而,序列分析结构显示ALD在P4-ATPase的关键功能位点上存在突变,因此并不具有磷脂翻转酶Fliββase的活性。通过对于P4-ATPase的辅因子CDC50的筛选,我们找到了与GCβ直接结合的调控蛋白,命名为CDC50A。CDC50A与GCβ的基因敲除表型和蛋白表达定位与完全一致,机制研究显示CDC50A直接调控了 GCβ的蛋白稳定性,但是并不直接接介导GCβ的ADS集中。进一步的,Tryβsin实验和2-BMP处理等实验显示疟原虫的内膜复合物IMC可能介导了 GCβ的集中。针对未知IMC蛋白的筛选发现ISP1对于GCβ的ADS集中和动合子运动具有关键作用。ISP1与GCβ具有相同的ADS聚集,并形成蛋白复合物。我们首次成功敲除了 ISP1,从功能上证实了 ISP1对GCβ的ADS定位的调控作用。进一步的,我们发现通过酰化修饰的ISP1锚定于IMC膜上,介导了质膜（PPM）定位的GCβ的ADS集中。本论文的工作系统的揭示了动合子运动的上游调控机制。首先在动合子发育的过程中,CDC50A通过结合稳定GCβ,调控了 GCβ的阶段特异性表达,防止GCβ的降解并（可能）促进了 GCβ的转运。此时cGMP-PKG信号通路被PDEδ沉默。动合子成熟后,GCβ转运到PPM膜上,被通过酰化修饰在IMC集中定位的ISP1捕获并锚定下来,形成ADS集中。GCβ的ADS集中在空间上与PDE8实现分离,打破cGMP的合成分解平衡,导致局部cGMP合成活性提高并激活PKG信号通路,启动动合子的方向性运动。本论文的工作揭示的 GCβ促进 ODGM（The ookinete directional gliding motility,动合子定向迁移运动）的新的分子机制,进一步揭示的GCβ的ALD的功能,鉴定出来的新的基因家族CDC50,以及揭示的ISP1的功能为阻断疟原虫蚊期传播途径的策略开发,提供了新靶点。