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我校植物病害绿色防控团队解析死体营养型病原真菌效应蛋白的作用机制

花匠小妙招
2025-06-27 14:15

南湖新闻网讯（通讯员刘小凡）近日，农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室、湖北洪山实验室、植物科学技术学院姜道宏教授领衔的植物病害绿色防控团队应邀在Annual Review of Phytopathology发表题为"Functions and Mechanisms of Secreted Proteinaceous Effectors of Broad-Host-Range Necrotrophic Fungal Pathogens"的综述论文，系统总结了死体营养型病原真菌效应蛋白作用机制的研究进展，分析了死体营养型和活体营养型病原菌效应蛋白在与宿主互作中的功能分化与机制差异，并比较了不同寄主范围的死体营养型植物病原真菌的效应蛋白在侵染过程中的动态调控特征。论文围绕“寄主范围广泛的死体营养型植物病原真菌如何利用效应蛋白攻克多种寄主”这一问题，重点阐述了死体营养型植物病原真菌通过效应蛋白调控寄主免疫的致病策略，并借此对植物病害防控策略提出了相应思考。

植物通过模式识别受体（PRR）识别 PAMP／DAMP 激活 PTI／DTI，或借助 NLR 识别效应蛋白触发 ETI，并伴随 ROS 爆发、抗性基因上调及程序性细胞死亡（PCD）等反应，效应蛋白在植物病原菌与宿主间的致病与抗病攻防战中发挥重要作用。死体营养型真菌（Necrotrophic Fungal Pathogens，NFPs，如核盘菌、灰葡萄孢）先杀死宿主细胞再摄取养分，而活体营养型真菌（Biotrophic Fungal Pathogens，BFPs，如锈菌、白粉菌）必须依赖活细胞维持生存。论文比较分析了不同营养型病原真菌效应蛋白的功能分化，发现效应蛋白作用机制的差异可能是两类真菌营养策略分化的关键驱动因素之一。有意思的是，NFPs与BFPs在突破植物第一道免疫防线（PTI）时均可通过效应蛋白抑制寄主的抗病反应，通过干扰SA、ROS等信号通路阻滞早期免疫反应，为其菌丝定殖创造条件。但两类真菌在后续侵染中呈现相反的调控轨迹：大多BFPs效应蛋白在整个侵染过程中持续高表达，通过稳定压制ROS积累和防御基因转录维持宿主细胞活性，而NFPs则在免疫抑制阶段后迅速转换功能模式，下调免疫抑制类效应蛋白，并分泌大量NEP、CPs、NEs等免疫激活效应蛋白，通过大规模诱导寄主细胞PCD为菌丝扩展提供营养（图 1）。论文明确提出效应蛋白在真菌营养方式分化中的关键作用，并指出死体营养型病原真菌侵染初期短暂的活体阶段可作为防控干预的关键节点，为死体营养型植物病原真菌病害的防控提供了新方向。

图1死体营养型病原真菌和活体营养型病原真菌效应蛋白作用机制

植物抗病基因（R基因）在免疫防御中发挥重要作用，其编码的NLR受体蛋白通过识别病原效应蛋白激活效应蛋白触发免疫（ETI），构成了经典的“基因对基因假说”理论基础，但该假说在死体营养型病原菌与寄主互作中并不适用，部分病原体与寄主互作甚至呈现出“反式基因对基因假说”的特征。论文结合效应蛋白功能的分化阐述了“基因对基因假说”在死体营养型病原真菌中不适用的原因，同时分析了具有广谱寄主范围的死体营养型真菌和寄主范围窄的死体营养型真菌效应蛋白作用机制的异同，发现拥有广谱寄主范围的死体营养型真菌（如Sclerotinia sclerotiorum和Botrytis cinerea孢等）效应蛋白的靶标多为植物中高度保守、功能关键的蛋白，如 PR1、QCR8、CAS和HIR等，而寄主特异的死体营养型真菌（如Parastagonospora nodorum和Pyrenophora triticirepentis）中，效应蛋白 SnToxs、PtrToxs 特异结合寄主特有的敏感基因 Snn/Tsn，只能在携带这些基因的品种中发挥毒性。这可能与不同病原菌寄主范围广泛或特异密切相关，有助于人们从不同角度解析病原菌宿主范围形成的机制，可为开发广谱或精准抗病育种与病害综合防控策略提供指导。

华中农业大学植物科学技术学院博士后刘小凡和黄勇焜为论文第一作者，姜道宏教授、程家森教授和美国华盛顿州立大学Weidong Chen教授为论文通讯作者。相关研究得到了国家自然科学基金和国家油菜产业技术体系等项目的资助。

审核人：程家森

【英文摘要】

This review focuses on the intricate interaction mechanisms between necrotrophic fungal pathogens and their host plants, emphasizing the pivotal role of effectors in orchestrating host cell death and immune responses. It undertakes a comparative analysis of effector–target interactions, contrasting those of broad-host-range necrotrophic fungal pathogens with host-specific necrotrophic fungal pathogens as well as necrotrophic fungal pathogens with biotrophic fungal pathogens. A detailed discussion is provided on how these effector mechanisms shape infection strategies. Additionally, the review introduces new disease control strategies and evaluates their advantages and limitations. Finally, in light of the effector interaction mechanisms, it advocates for the incorporation of artificial intelligence in future research and disease management efforts, aiming at expediting comprehension of effector–target interactions and developing novel strategies for disease control.

原文链接：https://doi.org/10.1146/annurev-phyto-121323-020233