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！

来源：BioArt植物

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，而且对其它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。本世纪以来，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VLCFA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。

A proposed model for the role of VLCFas in septin organization and pathogenicity of M. oryzae. 

由于Septin 蛋白和VLCFA生物合成酶Elo在真菌中广泛存在且高度保守，该研究推测VLCFA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。