Science | 重磅！英国约克大学研究揭示分泌的果胶单加氧酶驱动致病卵菌侵染植物！

卵菌是类似真菌的微生物，在农业和水产养殖业中引起严重的病害，对全球粮食安全构成经常性的威胁。疫霉属包括140多个物种，包括晚疫病病原体致病疫霉（Phytophthora infestans）它在19世纪中期引发了爱尔兰马铃薯饥荒。致病疫霉感染马铃薯和番茄作物，每年造成超过60亿美元的经济损失，它也是研究植物与病原体相互作用的模型生物（Nature Plants | 塞恩斯伯里实验室Jonathan Jones团队揭示赋予马铃薯持久抗晚疫病的最佳基因！Nature Microbiology | 荷兰瓦赫宁根大学研究揭示植物病原卵菌的切入侵染机制！Plant Cell | 塞恩斯伯里实验室Kamoun团队揭示疫霉劫持植物细胞功能并操纵囊泡运输的机制 ！）。

代表抵御病原体的第一道保护屏障的植物细胞壁是一种复合材料，由嵌入半纤维素和果胶基质中的纤维素微纤维组成。果胶形成一个酸性多糖网络，构成了中间层的支架，将植物细胞相互结合在一起（Science | 宾夕法尼亚州立大学Cosgrove/张素琳团队揭示植物表皮细胞壁的力学机制！）。多糖果胶是植物细胞壁中的一种带电多糖，构成了马铃薯细胞壁的大约三分之一。植物病原体部署细胞壁降解酶来穿透这个保护屏障（PNAS | 英国约克大学利用多组学方法揭示真菌新的植物细胞壁降解酶活性！PNAS | 西班牙植物生物技术和基因组中心揭示拟南芥细胞壁组成决定抗病特异性和适应性！）。一旦植物细胞壁被攻破，侵袭者会分泌细胞内效应蛋白，操纵宿主及其防御机制。尽管它们很重要，但细胞壁降解酶比细胞内效应蛋白受到的关注更少，使我们对侵染的基本机制的理解出现了空白。LPMO是含铜的酶，因其能够通过氧化攻击降解顽固的结晶多糖，如纤维素和几丁质（Trends in Plant Science | 裂解性多糖单加氧酶（LPMO）是否有助于病原菌攻击植物？Nature Communications | 丹麦科技大学研究发现与LPMOs相互作用的真菌寡糖氧化酶！）。LPMO需要小化合物或氧化还原蛋白伙伴形式的外部电子供体，并且已经从真菌、细菌、病毒和无脊椎动物中获得了鉴定，主要是在植物生物质降解方面。

2021年8月13日，国际顶级学术期刊Science发表了英国约克大学Simon McQueen-Mason团队的最新相关研究成果，题为Secreted pectin monooxygenases drive plant infection by pathogenic oomycetes的研究论文。

在这篇文章中，科研人员展示了植物病原卵菌怀有一个依赖铜的裂解多糖单加氧酶（LPMOs）家族，它可以裂解果胶，并在侵染期间在致病疫霉中上调，分泌的酶可以氧化裂解果胶的骨架，使宿主能被穿透和被致病疫霉侵染。这些最丰富的LPMO的晶体结构揭示了其识别和降解果胶的能力，而且沉默致病疫霉的编码基因会抑制马铃薯的感染，表明其在宿主渗透中的作用。鉴定LPMO作为致病性卵菌的毒力因子，为作物保护和食品安全提供了机会，这些发现为病害干预靶标和生物技术应用打开了大门。

图1 AA17 LPMO基因的分类分布和番茄叶片感染期间的诱导

图2 PiAA17C的结构和光谱表征

图3 PiAA17C的生物化学特性和拟议的作用机制

图4 PiAA17C基因在植物叶子上致病疫霉侵染期间的体内沉默

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