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揭秘病原菌的生存之道：大丽轮枝菌的乙酰辅酶A结合蛋白VdAcb1在碳饥饿响应和毒力中发挥关键作用

花匠小妙招
2024-09-03 13:27

在微生物的世界里，它们常常会面临碳、氮、磷等营养物质匮乏的问题，由此进化出了多种适应性机制来维持其生长。大丽轮枝菌是一种土传性植物病原菌，其侵入植物根部并定植于营养成分相对匮乏的木质部引发作物黄萎病，给农业生产带来较大损失，但关于大丽轮枝菌适应碳饥饿的机制尚不清楚。

近日，中国农业科学院植物保护研究所经济作物真菌病害监测与防控创新团队在aBIOTECH发表了题为“The Acyl-CoA-binding protein VdAcb1 is essential for carbon starvation response and contributes to virulence in Verticillium dahliae”的研究论文。

大丽轮枝菌的分泌蛋白谱中存在一种含有酰基辅酶A结构域的蛋白质VdAcb1，研究人员构建了带有GFP和HA标签的VdAcb1的过表达菌株，通过检测蛋白分泌情况发现VdAcb1是一种非经典分泌蛋白，尽管它缺乏典型的信号肽结构，但能被大丽轮枝菌分泌到细胞外，该分泌过程依赖于非经典分泌通路中的关键蛋白VdGRASP（图1）。

图1 VdAcb1分泌依赖于大丽轮枝菌的VdGRASP

转录组分析发现，VdAcb1与VdMsb2调控的饥饿信号通路相关。进一步相关表型和定量实验发现，VdAcb1参与大丽轮枝菌的碳饥饿响应，在碳饥饿环境下，VdAcb1可以通过与VdMsb2相关的MAPK途径激活下游的丝状生长信号通路，从而增强大丽轮枝菌在寡营养环境中的适应性。同时，酵母单杂交实验结果表明，VdAcb1的表达受到参与调控真菌饥饿应激相关转录因子VdMsn4的调控，进一步印证了VdAcb1可以增强大丽轮枝菌的营养利用能力（图2）。

图2 大丽轮枝菌VdAcb1通过VdMsb2途径参与碳饥饿反应

为了探究VdAcb1是否有致病功能，研究人员构建了敲除VdAcb1的大丽轮枝菌突变体，并分别对棉花和本氏烟草接种了该突变菌株，结果发现VdAcb1缺失后大丽轮枝菌的致病性显著降低（图3）。因此VdAcb1可以通过帮助大丽轮枝菌应对寡营养环境来增强其致病性。

图3 VdAcb1缺失菌株对棉花和本氏烟草的致病性分析

综上所述，VdAcb1在饥饿条件下由转录因子VdMsn4诱导调控，并通过非常规分泌进入细胞质外体空间。此外，VdAcb1通过与VdMsb2相关的MAPK途径调控大丽轮枝菌与植物相互作用过程中的碳饥饿反应，从而促进菌株侵袭性生长。总之，VdAcb1不仅可以增强大丽轮枝菌的营养利用能力，同时也是一个关键的毒力因子。该研究揭示了VdAcb1在大丽轮枝菌-植物互作中的重要作用（图4），同时为深入理解植物病原菌的致病机制提供了新的视角。未来，针对VdAcb1的研究可能为开发防治大丽轮枝菌病害的新策略提供重要线索。

图4 VdAcb1在大丽轮枝菌与宿主相互作用中的工作模型

该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。曲阜师范大学硕士研究生庄靖和中国农业科学院植物保护研究所博士后张亚朵为本文共同第一作者，中国农业科学院植物保护研究所张丹丹副研究员，美国加州大学戴维斯分校植物病理学系Krishna V. Subbarao教授和曲阜师范大学田李教授为共同通讯作者。该团队戴小枫研究员和陈捷胤研究员也参与了该研究。

引用本文：

Zhuang, J., Zhang, YD., Sun, WX. et al. The acyl-CoA-binding protein VdAcb1 is essential for carbon starvation response and contributes to virulence inVerticillium dahliae.aBIOTECH(2024). https://doi.org/10.1007/s42994-024-00175-3

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