Nature Communications | 研究揭示真菌利用蛋白绕过植物防御系统的机制！

病原真菌（Sclerotinia sclerotiorum）通过分泌称为多聚半乳糖醛酸酶（PG）的化学物质导致植物腐烂和死亡，这些化学物质会分解植物的细胞壁。由于植物细胞壁是阻挡病原微生物入侵的主要屏障，病原体分泌一系列细胞壁降解酶（CWDEs）来破坏细胞壁的完整性并获得准入。CWDEs的一个重要部分是果胶降解PGs，因为果胶是细胞壁和中间层完整性的一个重要组成部分，以便获得准入。事实上，S. sclerotiorum的基因组至少编码了五种内聚半乳糖醛酸酶，它们在不同的侵染阶段和条件下表达。反过来，植物已经进化到通过生产PGIP来保护自己，PGIP是一种阻止或抑制致病真菌产生PG的蛋白质。自从1971年发现PGIP以来，科学家们已经认识到，一些病原真菌有办法克服植物的PGIP。但目前还不知道到底是如何做到的。到目前为止，病原真菌如何具体克服PGIP的抑制作用还不清楚。

2022年4月25日，国际权威学术期刊Nature Communications发表了华盛顿州立大学/美国农业部陈卫东团队的最新相关研究成果，题为A fungal extracellular effector inactivates plant polygalacturonase-inhibiting protein的研究论文。

该团队的研究表明，S. sclerotiorum产生的蛋白质，即SsPINE1，能直接使植物作为其自身自然防御的多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白（PGIPs）失活。该研究结果可以帮助研究人员开发一种新的、更精确的控制S. sclerotiorum的系统，S. sclerotiorum会攻击土豆、大豆、向日葵、豌豆、扁豆、油菜和许多其他阔叶作物。在情况不好的年份，这种真菌造成的损失加起来可达数十亿美元。

研究人员发现的这种蛋白质，回答了科学家在过去50年里的所有这些问题。为什么这些真菌总是能克服植物防御系统？为什么它们有如此广泛的宿主范围，以及为什么它们如此成功？这里所拥有的基本上是一场病原真菌和它们的植物宿主之间的持续军备竞赛，这是一场激烈的攻击、反击和反反击的战斗，其中每一方都在不断发展和改变其化学策略，以绕过或克服对方的防御。

研究人员进行了转录组分析和基因敲除筛选，这些基因在植物感染的早期阶段优先被野生型S. sclerotiorum菌株和一个遗传操作的草酸盐minus突变体表达。草酸不足的突变体被包括在分析中，因为它保留了致病性，尽管以前声称草酸是主要的致病性决定因素。识别蛋白质SsPINE1（S. sclerotiorum PGIP失活效应蛋白1）的关键是在细胞外寻找。研究人员通过观察真菌排出的物质找到了它。当研究人员发现这个与PGIP相互作用的蛋白质SsPINE1时，它就有了意义。用SsPINE1被敲除的S. sclerotiorum进行的实验室测试证实，该蛋白负责允许真菌绕过植物的PGIP防御系统。实验表明，SsPINE1基因敲除株的毒性大大低于产生该蛋白的S.sclerotiorum。

SsPINE1的发现为控制白霉茎腐病原体开辟了新的研究途径，包括有可能开发更有效的定向育种，使植物对核盘菌病害有天然的抵抗力。该团队的研究报告还证实，其他相关的真菌病原体也使用这种反策略，这一发现只会使该发现更加重要。自从发现PGIP以来，真菌PGs和植物PGIPs之间的"战斗"已被充分记录，并被认为是"一对一的交战"。该研究的结果将SsPINE1作为所描述的"PG-PGIP战场上的第三个参与者"。正如研究人员进一步指出的那样，目前部署PGIPs以提高植物抗性的努力主要集中在促进已知PGIPs的表达，以及识别或设计新型PGIPs，以增强对更广泛的PGs的效力和效用。现在有了诸如SsPINE1这样的PGIP反抑制物的知识，可以部署能够避免被SsPINE1识别的新设计的PGIPs，以有效培育抗性植物，对抗拥有PINE1的死体营养型病原菌。

图：SsPINE1和AtPGIP1在拟南芥中的表达改变了植物对S. sclerotiorum侵染的反应

图：灰葡萄孢菌BcPINE1有助于毒力，也与AtPGIP1结合

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