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蔬菜也有“瘟疫”,研究揭示辣椒疫霉菌致病机制与寄主免疫调控新元件

    疫霉菌对作物生产和食品安全影响严重,被称为作物“瘟疫”。近十年,科学家专注于马铃薯、大豆等作物上的疫霉病害研究,而对于蔬菜生产上影响较大的辣椒疫霉菌,尚未形成广泛关注。

    辣椒疫霉菌寄主广泛,能侵染数百种蔬菜等园艺作物。它蔓延速度快、变异频率高、易于爆发成灾,迫切需要找到其致病机制,为辣椒疫霉病害的防治提供理论基础和实践依据。

    自然条件下,疫霉菌等有害生物与马铃薯、大豆、蔬菜等寄主互作时会产生多种类型的分子作为武器,攻击寄主细胞,营造利于侵染的微环境,造成作物出现各种异常反应,这类分子即为效应子。作为应对,作物进化出复杂的免疫系统,监控并识别致害关键效应子,激发免疫反应;而有害生物又通过被识别效应子的变异逃脱寄主的监控与识别,致使作物抗性丧失。因此,效应子是有害生物与寄主互作过程中的桥梁和媒介,既决定着致害强度,也是植物抗性产生与否的关键因素,对其研究具有重要理论和实践意义。

    以往的研究表明,作物受疫霉菌感染后,就像人类的感冒发烧一样,会激发免疫反应,用自身的免疫力杀死病菌。南京农业大学作物疫病研究团队近年来对辣椒疫霉菌进行了系统地研究,精确定位到它的一个致病关键成员,即效应子RxLR207。研究人员以辣椒疫霉菌的一种寄主模式植物拟南芥为研究对象,通过靶标筛选,发现RxLR207直接作用于拟南芥中的一组未知功能蛋白,研究显示这组蛋白与一个植物免疫系统的重要调控因子ACD11 (accelerated cell death11)互作,故将其命名为BPA1 (binding partner of ACD11)BPLs (BPA1 Likeproteins)

    通过突变体表型分析,研究人员发现BPA1/BPLs能参与植物的防卫反应,降低寄主对辣椒疫霉菌的免疫力。其机制是通过稳定细胞中的ACD11来影响后者介导的活性氧爆发与细胞死亡等细胞学过程。同时,辣椒疫霉菌产生效应子RxLR207,以此干扰BPA1/BPLs的正常功能,促进病原菌活体阶段到死体阶段的转变,引起植物发病。该研究明确了辣椒疫霉菌一种精细的致病机理,在于RxLR207对于辣椒疫霉菌而言,是一种既不能缺失,又“过犹不及”的效应子。

    此外,效应子是近年来病虫草等有害生物研究领域的重要切入点,在解析效应子功能时,研究者更多关注它们在寄主中的已知功能靶标。与此相反,该研究选择从未知功能靶标着手,成功鉴定到植物免疫系统中的一组新成员并解析了其作用机制,突出了利用效应子作为探针研究植物免疫系统这一策略的可行性和现实意义,为理解植物抗性发生机理与抗性调控途径奠定了材料基础,为植物与有害生物互作研究提供了一个新的思路。

                   (来源:《农业科技前沿与政策咨询快报》)
                              

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