Nature Microbiology | 马普所Regine Kahmann团队揭示玉米黑粉菌细胞表面致病性蛋白复合物！

每年，植物病原真菌（如锈菌、稻瘟病菌和霉菌）都会破坏大量的谷物作物，这些作物可以养活数百万人。这些真菌中有许多是活体营养型病原体：它们不会杀死其宿主植物，而是操纵宿主细胞以确保这些细胞维持真菌生长。在这些病原体中，玉米黑粉菌Ustilago maydis已经成为活体营养型真菌基础研究的一个模型。在感染过程中，U. maydis会释放出一整套所谓的效应蛋白混合物，这些效应蛋白在真菌和宿主之间的相互作用区发挥作用，或者被传递到植物细胞（Plant Journal | 德国科隆大学揭示玉米-黑粉菌互作中真菌效应蛋白的玉米品系特异性！）。效应蛋白抑制植物的免疫力，改变植物的生物合成途径，并重新启动叶片组织的细胞分裂，从而导致突出的肿瘤状结构，真菌从该结构中散播它的孢子（PNAS | 最新研究揭示玉米黑穗病菌附着胞侵染与增殖之间的调控开关！New Phytologist | 马普所Regine Kahmann团队揭示玉米黑粉菌核状态和诱导肿瘤形成机制！）。目前，植物病原真菌的效应蛋白如何在植物细胞中结束的机制仍然是一个谜。

2021年5月3日，国际权威学术期刊Nature Microbiology发表了德国马克斯-普朗克陆地微生物研究所Regine Kahmann院士（近5年30篇高水平文章！双料院士Regine Kahmann课题组阐明玉米黑粉菌致病机理！）团队的最新相关研究成果，题为A cell surface-exposed protein complex with an essential virulence function in Ustilago maydis的研究论文。

多年来，该团队的研究人员一直致力于阐明效应蛋白的分子功能。在本研究中，他们已经鉴定了五个真菌效应蛋白加上两个跨膜蛋白，它们形成了一个稳定的蛋白质复合物。如果这七个蛋白质中只缺少一个，感染过程就会完全停止。对毒力的贡献如此之大，对于效应蛋白来说是非常不寻常的，效应蛋白通常仅对毒力具有适度的贡献。缺少复合体成员的突变体不能下调宿主免疫力，这表明复合体参与了效应蛋白的传递。与美国圣约瑟夫大学和德国马尔堡大学合作一起进行的部分定位实验表明，复合体蛋白存在于从真菌延伸到宿主细胞的结构中。

这些和其他发现以及该复合物的表达与感染过程共同调节的观察结果，都表明了该蛋白复合物起着核心作用，即使不是普遍作用。研究人员认为，效应蛋白复合物实际上可能作为一种跨膜结构，帮助病原体将效应蛋白送入宿主细胞。这种装置在细菌中是众所周知的，但到目前为止还没有从真菌中发现。然而，直接的证据是很难得到的。这需要证明当复合物缺失时，某些效应蛋白无法进入植物细胞，这一点研究人员目前无法真正证明，因为缺乏复合物的突变体会立即被植物免疫系统攻击，并在进入植物后死亡。希望在不久的将来，已经实现的复合物重组将为研究其原子结构和效应蛋白传递中的假定功能铺平道路。

但是，还有一个与该复合物的基本作用有关的应用方面。由于该复合物对感染是不可或缺的，它是通过开发新的杀真菌剂来阻止病害的一个有吸引力的靶标。通过马克斯-普朗克研究人员与多特蒙德分子生理学研究所的化合物管理和筛选中心（COMAS）合作建立的高通量筛选，已经朝着这个目标迈出了第一步。筛选的结果是几个候选化合物，其中最有希望的化合物不仅可以成功地抑制U.maydis的病害症状，还可以抑制由锈菌引起的病害。在马克斯-普朗克创新项目的支持下，最近在欧洲专利局申请了一项专利，说明基础研究向农业的潜在应用转移。

图1：七个对毒力至关重要的U.maydis蛋白形成一个蛋白复合物

图2：Stp复合体定位在真菌菌丝表面的斑点上

图3：Stp复合体和植物蛋白相互作用物因子的毒力贡献

图4：Stp复合体参与效应蛋白易位的间接证据

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