近日，美國科學(xué)院院報（PNAS）在線發(fā)表了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王源超教授團隊題為“N-glycosylation shields Phytophthora sojae apoplastic effector PsXEG1 from a specific host aspartic protease”的最新研究成果。該研究揭示了在大豆根腐病發(fā)病過程中，大豆疫霉菌通過N-糖基化修飾來保護核心毒性因子免受寄主大豆胞外蛋白酶的攻擊，為實現(xiàn)對作物疫病的可持續(xù)控制奠定了新的理論基礎(chǔ)。
據(jù)了解，疫霉菌引起的作物疫病曾被稱為“植物瘟疫”，是農(nóng)作物生產(chǎn)中危害非常嚴(yán)重的一類病害，19世紀(jì)中期曾引起歐洲的馬鈴薯晚疫病大流行，導(dǎo)致數(shù)百萬人餓死或移居他鄉(xiāng)。這場被稱為“愛爾蘭大饑荒”的災(zāi)難是人類歷史的轉(zhuǎn)折點。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的疫病菌有160多種，能侵染上千種植物，是全球糧食和生態(tài)安全的重要威脅。在我國，由疫霉菌引起的農(nóng)作物病害每年導(dǎo)致的經(jīng)濟損失高達上百億元。但是，由于這類病害具有發(fā)病快、變異快、流行快等特點，生產(chǎn)上的防控一直比較困難。
質(zhì)外體是植物細(xì)胞原生質(zhì)體的外圍空間，也是植物與微生物相互作用及信號傳導(dǎo)，對環(huán)境脅迫作出適應(yīng)性反應(yīng)的具有重要生理功能的關(guān)鍵細(xì)胞場所。疫霉菌侵染宿主的過程中，在質(zhì)外體上演著極其復(fù)雜和精確的“攻擊、防御”的軍備競賽，對這個過程的深入了解是全面認(rèn)識植物免疫的復(fù)雜性，發(fā)展安全高效病害控制策略的基礎(chǔ)。
該團隊于五年前發(fā)現(xiàn)了疫霉菌分泌的糖基水解酶XEG1，通過攻擊植物細(xì)胞壁破壞植物的抗病性，但植物也能識別XEG1啟動免疫反應(yīng)；隨后發(fā)現(xiàn)植物通過細(xì)胞膜免疫受體RXEG1來識別XEG1，是植物啟動對疫霉菌免疫的分子基礎(chǔ)；對XEG1功能的深入分析發(fā)現(xiàn)，疫病菌會利用XEG1的酶活喪失突變體XLP1作為“分子誘餌”，來掩護XEG1對植物的攻擊，首次提出了病原菌攻擊寄主的“誘餌模式Decoy”。如今，圍繞作物疫病菌核心毒性因子XEG1的故事又有了新的篇章，該團隊成功揭示了疫病菌通過N-糖基化修飾來保護核心毒性因子XEG1免受寄主植物胞外蛋白酶GmAP5的攻擊。
XEG1如同大豆疫霉武器庫的核心導(dǎo)彈，雖然在侵染早期存在被寄主植物大豆分泌的天冬氨酸蛋白酶GmAP5降解的風(fēng)險，但疫霉菌通過N-糖基化修飾給自己的“核心導(dǎo)彈”加裝了一個防護罩，從而逃避GmAP5的識別以防護罩“Shield”形式保護XEG1免于被植物降解。本團隊此前鑒定的疫霉菌分泌型分子誘餌XLP1則通過C端缺失逃避了GmAP5的識別，與XEG1競爭性結(jié)合抑制子GmGIP1，從而掩護真彈頭XEG1攻擊植物免疫系統(tǒng)。圍繞XEG1攻擊和防御，本研究首次提出了植物在胞外對病原菌的“多層免疫模式” （如下圖），該研究從全新的視角認(rèn)識了病原菌與寄主互作過程的復(fù)雜性，其中的大豆天冬氨酸蛋白酶GmAP5是一類新的廣譜抗病基因資源，對XEG1的深入認(rèn)識為以分泌型核心毒性因子為分子靶標(biāo)篩選殺菌劑提供了理論依據(jù)。
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)夏業(yè)強博士為第一作者，王源超教授為通訊作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)馬振川教授、董莎萌教授、王一鳴教授、美國俄勒岡州立大學(xué)的Brett Tyler教授等也參與該研究。該研究得到國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項目和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部重點研發(fā)計劃項目的支持。
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