植物與病原微生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成了一套復(fù)雜的、精細(xì)的互作機(jī)制，這種攻與守的無(wú)休止博弈每時(shí)每刻都在發(fā)生。盡管植物通過(guò)多層級(jí)防御系統(tǒng)可以抵御絕大部分病原菌的進(jìn)攻，然而病原菌不斷進(jìn)化出新的策略突破防線(xiàn)，引起病害。病原進(jìn)入宿主體內(nèi)需要獲得營(yíng)養(yǎng)才能使其完成生活史，并進(jìn)一步定殖和侵染，一些病原菌已進(jìn)化出復(fù)雜的營(yíng)養(yǎng)爭(zhēng)奪策略并戰(zhàn)勝對(duì)手。然而，在大多數(shù)情況下，關(guān)于病原菌需要哪些關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如何克服這些營(yíng)養(yǎng)限制的認(rèn)知仍然有限，而且對(duì)相關(guān)的過(guò)程了解甚少。

近日，生命科學(xué)學(xué)院?jiǎn)逃览n題組在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Nature microbiology上在線(xiàn)發(fā)表題為“Phytophthora sojae boosts host trehalose accumulation to acquire carbon and initiate infection”的研究論文。該研究綜合運(yùn)用遺傳學(xué)、生物化學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等手段，揭示了大豆疫霉菌效應(yīng)子促進(jìn)了宿主海藻糖的合成，進(jìn)而作為一種必需的碳源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)使其生長(zhǎng)和致病的新機(jī)制；并闡釋了大豆霉疫與宿主之間的“營(yíng)養(yǎng)爭(zhēng)奪戰(zhàn)”機(jī)制。

大豆疫霉菌引起的根莖腐爛病是大豆生產(chǎn)上最主要的病害之一。然而，大豆疫霉在感染過(guò)程中所需碳源的具體形式和調(diào)節(jié)機(jī)制仍然未知。在本研究中，研究人員鑒定到PsAvh413是大豆疫霉的毒力效應(yīng)子，并證明了PsAvh413的表達(dá)可促進(jìn)大豆和煙草感染疫病的能力。先前研究表明植物自身的海藻糖含量極其低，而本研究發(fā)現(xiàn)海藻糖又是大豆疫霉生長(zhǎng)和侵染所必需的碳源。感興趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)PsAvh413可以直接靶向大豆海藻糖-6-磷酸合酶6（GmTPS6），通過(guò)提高其活性來(lái)促進(jìn)宿主體內(nèi)海藻糖的積累；大豆疫霉可直接攝取效應(yīng)子靶向宿主海藻糖酶合成的海藻糖，與宿主競(jìng)爭(zhēng)這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并將其作為主要碳源來(lái)促進(jìn)大豆疫霉在宿主組織中的初級(jí)感染和發(fā)育，從而達(dá)到定殖和致病的目的。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)GmTPS6在大豆根毛中過(guò)表達(dá)顯著促進(jìn)了大豆疫霉菌的侵染，而GmTPS6基因編輯的大豆株系在田間條件下不但沒(méi)有影響其產(chǎn)量而且顯著提高了對(duì)大豆疫霉的抗性，表明GmTPS6是一個(gè)感病基因，可以作為大豆抗疫霉病育種的潛在優(yōu)異基因資源?？偟膩?lái)說(shuō)，該研究揭示了大豆疫霉菌利用效應(yīng)子介導(dǎo)的營(yíng)養(yǎng)爭(zhēng)奪致病策略，為作物抗病育種和生物防控提供了新的思路。

海藻糖是大豆疫霉生長(zhǎng)和侵染所必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

大豆疫霉可以利用海藻糖作為碳源

生命科學(xué)學(xué)院青年教師朱曉果博士、博士生房迪、碩士生李蝶、碩士生張佳寧為論文共同第一作者，喬永利教授為該論文通訊作者。中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心Alberto P. Macho研究員，王二濤研究員；南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王源超教授；中科院遺傳所沈前華研究員和周儉民研究員以及英國(guó)Sainsbury Laboratory Wenbo Ma教授等也參與了該研究工作。上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、上海市科委以及上海市教委等項(xiàng)目資助。

原文鏈接https://doi.org/10.1038/s41564-023-01420-z

（供稿、圖片：生命科學(xué)學(xué)院）