农药快讯:2020年第19期
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四川农大陈学伟团队揭示稻瘟病菌致病性调控新机制,为真菌病害防控提供新思路!
更新时间:2020-10-23 点击量:435

中国是拥有悠久农耕文明的农业大国,用占世界7%的土地养活了近22%的世界人口。我国粮食作物以水稻、小麦、玉米为主,但许多病原真菌严重危害粮食作物的产量和品质,如有着“水稻癌症”之称的稻瘟病每年都给我国乃至世界水稻安全带来巨大威胁。稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)是研究病原真菌与寄主分子互作的模式物种,解析其致病机理,不仅可为稻瘟病防治靶点的鉴定、新型农药设计提供理论指导,而且对其他病原真菌的理论和应用基础研究具有借鉴意义。因此,稻瘟病菌重要致病基因的鉴定与分子功能解析,广受国内外学者的关注,成为了病原真菌研究领域的国际热点之一。

 

近期,四川农业大学陈学伟教授团队联合国内外多家科研单位,利用遗传、生化、细胞生物和病理学等技术手段,发现稻瘟病菌超长链脂肪酸通过影响附着胞发育阶段Septin环的组装以调控侵染钉形成,实现对致病性的调控作用,进一步发现靶向超长链脂肪酸合成的化学试剂能抑制Septin环组装,可有效抑制稻瘟病菌等病原真菌对水稻等农作物的危害。该研究揭示了Septin介导的真菌侵染结构形成的新机制,并为防治植物和动物的各种真菌病害提供了新思路和新方案。研究成果以discovery of broad-spectrum fungicides that block septin-dependent infection processes of pathogenic fungi 为题于9月21日在线发表于Nature Microbiology杂志上。

 

民为国基,谷为民命。粮食事关国运民生,粮食安全是国家安全的重要基础。真菌性病害是影响植物健康和粮食安全的主要因素之一。稻瘟病作为水稻的主要病害,严重危害水稻的产量和品质。稻瘟病菌致病机制的解析,对于稻瘟病的防治和水稻抗病育种而言,具有极其重要的意义。21世纪以来,国内外科学家发现附着胞中Septin可以介导稻瘟菌对植物细胞的入侵,Septin是一个保守的鸟苷三磷酸结合蛋白家族,广泛参与细胞形态建成的调控。然而,关于稻瘟病菌Septin的分子调控机理尚未完全解析,比如Septin蛋白如何在附着胞中组装成环进而影响真菌致病过程。

 

Septin蛋白调节真核生物膜重塑相关的过程,如胞吐作用、神经元棘突形态发生、精子发生、胞质分裂、有丝分裂和T细胞运动。人类septin编码基因的突变会导致癌症、神经退化和不孕不育等多种疾病。Septin蛋白组织成高级结构,包括环、条和网状,它们通过与膜磷脂酰肌醇磷酸(PIPs)的N-末端多碱区结合,沉积在膜上作为F-肌动蛋白的支架,也可作为侧向扩散屏障。尽管发现Septin与膜脂有关,但仍不清楚PIPs如何影响Septin在膜特定区域的募集从而调控细胞形态建成,PIPs的组成与Septin组装之间的关系也尚不清楚。

 

陈学伟研究团队以稻瘟病菌为模式,发现PIPs结合Septin蛋白并将其招募至附着胞中心以形成环状结构,并且PIPs含有超长链脂肪酸(very-long-chain fatty acids,VLCFAs)作为脂肪酰基侧链。在此基础上,明确了VLCFAs合成限速酶Elo1对超长链脂肪酸的合成及其致病性起重要作用。Elo1介导的VLCFAs合成在稻瘟病菌Septin蛋白组装中起至关重要作用,其机制是由Elo催化产生VLCFAs,为膜上PIPs提供关键脂肪酰基侧链,调控侵染钉形成过程中PIPs在质膜弯曲部位的聚集和适当分布,进而影响PIPs对Septin蛋白在质膜弯曲部位的招募,最终影响穿透钉形成。

 

进一步研究发现,靶向VLCFAs合成的抑制剂能有效抑制稻瘟病菌septin环的形成,从而降低稻瘟病菌致病性,且不会对水稻宿主造成伤害,而且还发现VLCFAs合成抑制剂也能有效降低玉米小斑病菌、小麦白粉病菌和蝗虫绿僵菌的致病性。

 

由于Septin蛋白和VLCFAs生物合成酶Elo在真菌中广泛存在且高度保守,该研究推测VLCFAs合成抑制剂能有效抑制植物、动物以及人类的各种真菌病害,可作为一类新型广谱杀菌剂用于对植物、动物乃至人类各种真菌病害的有效防控,具有潜在的重大应用价值。

 

四川农业大学贺闽副教授为该论文第一作者,博士研究生宿加、许有嫔和陈金华以及美国加州大学戴维斯分校Mawsheng Chern为共同第一作者,陈学伟教授为通信作者。    (来源:BioArt植物)

 

农药快讯, 2020 (19): 6-7.

tag: 稻瘟病、致病新机制、Septin环  

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