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科学：病原菌分泌细胞壁降解酶，帮助感染植物

2021-09-24

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2021年8月13日，Science 杂志在线发表了来自英国约克大学Simon J. McQueen-Mason课题组题为“Secreted pectin monooxygenases drive plant infection by pathogenic oomycetes”的研究论文。该研究首次在致病疫霉Phytophthora infestans中鉴定了一个裂解多糖单加氧酶 (LMPO) 家族，可裂解植物细胞壁中的果胶并在感染期间在P. infestans中上调，帮助病原菌进入植物细胞内。

众所周知，P. infestans会导致马铃薯晚疫病，这是一种毁灭性的植物病害，也是研究植物与病原体相互作用的模式生物。植物感染每年继续对全球作物生产造成数十亿美元的损失，并继续威胁世界粮食安全。P. infestans感染马铃薯和番茄作物，每年造成超过 60亿美元的经济损失 。

植物细胞壁是抵御病原体的第一道保护屏障，由嵌入半纤维素和果胶基质中的纤维素微纤维制成。果胶形成酸性多糖网络，并构成将植物细胞彼此结合的中间层的支架。植物病原体会通过能降解细胞壁酶作用穿透这一保护屏障，一旦植物细胞壁被破坏，致病疫霉就会分泌效应蛋白抑制植物防御机制。但病原菌的细胞壁降解酶仍然知之甚少！

该研究在物病原性卵菌P. infestans 中鉴定到含有一个分泌铜结合裂解多糖单加氧酶 (LPMO)  AA17s 家族。该研究对P. infestans的转录组进行差异基因表达分析，发现PITG_04949（PiAA17C）基因在感染早期被上调最明显，表明其在发病机制中起作用。

进一步发现该酶氧化裂解果胶的骨架，果胶是植物细胞壁中的一种带电多糖。其中通过 LPMO的晶体结构揭示了其识别和降解果胶的能力。此外，该研究还通过将体外合成的双链 RNA (dsRNA) 递送到致病疫霉中，然后进行菌落再生和感染马铃薯叶，发现沉默该基因抑制了马铃薯被感染，表明其在宿主渗透中起作用。

综上所述，该研究结果表明，与植物的进化军备竞赛中卵菌将 LPMO 进化为克服宿主防御的毒力因子，阐明了植物细胞壁中宿主和病原体之间复杂的相互作用。此外，该研究还通过基于 RNA 的方法靶向 LPMO 基因可以提供一种对抗作物病害和提高农业生产力的策略，为作物保护和粮食安全开辟了机会。

论文链接：

https://science.sciencemag.org/content/373/6556/774.long

信息来源：iPlants