黑穗病，號(hào)稱(chēng)甘蔗“癌癥”。這種由黑粉菌Sporisorium scitamineum引發(fā)的真菌病害，如同“隱形殺手”，悄然侵蝕著我國(guó)甘蔗產(chǎn)業(yè)的根基。近日，中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究中心聯(lián)合山東農(nóng)業(yè)大學(xué)、玉林師范學(xué)院和福建農(nóng)林大學(xué)在Plant Cell & Environment發(fā)表了題為“A sugarcane smut fungus effector hijacks plant vacuolar sorting receptor-mediated trafficking to evade host immune detection” 的研究論文，首次揭示了黑穗病菌如何通過(guò)“分子偽裝術(shù)”，劫持寄主植物自身的運(yùn)輸系統(tǒng)以躲避免疫監(jiān)視的新機(jī)制，為破解作物抗病性難題提供了全新視角。
該研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)黑穗病菌侵染甘蔗時(shí)，會(huì)分泌一種名為SsPE15的效應(yīng)蛋白，這個(gè)僅有238個(gè)氨基酸的蛋白看似普通，卻暗藏玄機(jī)—其C端結(jié)構(gòu)域如同鑰匙般精準(zhǔn)匹配植物細(xì)胞的液泡分選受體ScVSR1。通過(guò)雙分子熒光互補(bǔ)、酵母雙雜交等技術(shù)驗(yàn)證，SsPE15會(huì)像“特洛伊木馬”般與ScVSR1緊密結(jié)合，并借道植物自身的囊泡運(yùn)輸通道，悄然進(jìn)入液泡前體區(qū)室（PVC）。
當(dāng)用Δsspe15黑穗病菌侵染甘蔗離體葉鞘組織時(shí)，病原菌的增殖速率遠(yuǎn)高于野生型和敲除回補(bǔ)菌株。有意思的是，當(dāng)研究人員將SsPE15的C端片段移植到細(xì)菌效應(yīng)蛋白AvrRpt2上時(shí)，這個(gè)原本能強(qiáng)烈激活植物免疫反應(yīng)的效應(yīng)子竟然失效了。在擬南芥中，攜帶SsPE15運(yùn)輸信號(hào)的嵌合蛋白僅能觸發(fā)1/3葉片發(fā)生超敏反應(yīng)，但該過(guò)程中病原菌增殖量提升了20倍。這種“貍貓換太子”的策略，使得病原菌得以在植物體內(nèi)“潛伏”并造成持續(xù)的危害。值得注意的是，SsPE15的同源蛋白廣泛存在于絲狀真菌中，暗示這種機(jī)制可能是病原菌進(jìn)化出的普遍策略。
這項(xiàng)研究首次揭示了病原真菌通過(guò)劫持宿主囊泡運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)免疫逃逸的新機(jī)制。中國(guó)熱科院甘蔗中心主任闕友雄研究員說(shuō)：“揭開(kāi)病原菌的偽裝術(shù)，就能為作物穿上更聰明的防護(hù)服”。對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)具有雙重價(jià)值：一方面，靶向ScVSR1的抑制劑可能成為新型殺菌劑的設(shè)計(jì)靶點(diǎn)；另一方面，通過(guò)基因編輯減弱ScVSR1對(duì)效應(yīng)蛋白的親和性，將有望提升作物抗病性。另外研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中還觀察到，過(guò)表達(dá)ScVSR1的擬南芥對(duì)白粉病的抗性顯著下降，印證了其在免疫調(diào)控中的關(guān)鍵作用。
甘蔗黑穗病菌“偷梁換柱”劫持植物運(yùn)輸系統(tǒng)突破免疫防線新機(jī)制
玉林師范學(xué)院智慧農(nóng)業(yè)學(xué)院副教授凌輝、福建農(nóng)林大學(xué)博士研究生扶雪芹為該論文的共同第一作者，熱帶作物生物育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物所/甘蔗研究中心闕友雄研究員和山東農(nóng)業(yè)大學(xué)崔海濤教授為共同通訊作者。玉林師范學(xué)院智慧農(nóng)業(yè)學(xué)院副研究員黃寧、本科生劉婷婷和山東農(nóng)業(yè)大學(xué)博士后鐘灶發(fā)參與了課題研究。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)中心科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、廣西自然科學(xué)基金、福建省自然科學(xué)基金和國(guó)家糖料產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目的資助。
https://doi.org/10.1111/pce.15500
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