近期，西南大學(xué)生物技術(shù)中心裴炎教授團(tuán)隊(duì)在Nature子刊Nature communications 在線發(fā)表了題為“Arabidopsis P4 ATPase-mediated cell detoxification confers resistance to Fusarium graminearum and Verticillium dahliae”的研究論文，首次報(bào)道了植物P4-ATPase介導(dǎo)的囊泡運(yùn)輸途徑通過解毒病原真菌分泌的毒素，從而提高植物抗病性的新機(jī)制。

 

　　植物病原菌給世界范圍內(nèi)的農(nóng)林產(chǎn)業(yè)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。包括鐮刀菌與黃萎病菌在內(nèi)的不少植物病原菌在侵染寄主的過程中會分泌多種真菌毒素。這些真菌毒素不僅引起植物萎蔫甚至死亡，還會進(jìn)入食物鏈，給人畜健康造成嚴(yán)重危害。由于這類病害的致病機(jī)理復(fù)雜、寄主往往缺乏抗病的種質(zhì)資源，通過常規(guī)育種手段提高作物對此類病害抗性的難度大、周期長。而糧食和飼料中的真菌毒素污染，已成為全球性的食品安全問題。

 

　　P4-ATPases是僅發(fā)現(xiàn)于真核生物中的磷脂翻轉(zhuǎn)酶。它通過ATP的驅(qū)動將特定的磷脂從細(xì)胞外層膜翻轉(zhuǎn)到內(nèi)層膜，在細(xì)胞雙層膜間磷脂的非對稱排列及囊泡的形成與運(yùn)輸中發(fā)揮重要功能。但迄今為止，人們對P4-ATPases在真菌毒素細(xì)胞解毒中的功能知之甚少。該研究以禾谷鐮刀菌毒素DON（嘔吐毒素）與黃萎病菌毒素CIA為篩選劑，在擬南芥中鑒定出兩個參與真菌毒素細(xì)胞解毒的P4-ATPase基因：AtALA1和AtALA7。研究結(jié)果表明，AtALA1和AtALA7介導(dǎo)的囊泡運(yùn)輸，能分別將這兩種毒素包裹在囊泡中，轉(zhuǎn)運(yùn)至液泡隔離和降解，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞解毒。超量表達(dá)AtALA1與AtALA7顯著提高了轉(zhuǎn)基因植株對禾谷鐮刀菌與黃萎病菌的抗性。重要的是，AtALA1轉(zhuǎn)基因玉米和擬南芥種子中的嘔吐毒素含量大幅度降低。該研究豐富了我們對P4-ATPases功能的認(rèn)識，利用這種囊泡運(yùn)輸相關(guān)的細(xì)胞解毒策略，可以跨物種實(shí)現(xiàn)對不同病原菌小種的廣譜抗性，對提高植物對毒素相關(guān)病害的抗性有顯著效果；同時為降低真菌毒素對食品安全的危害開辟了新途徑，具有重要的應(yīng)用前景。

 

　　西南大學(xué)為該論文的唯一完成單位，西南大學(xué)生物技術(shù)中心2015級博士生王凡龍為論文第一作者，裴炎教授為本文通訊作者。該研究得到了國家科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項(xiàng)、重慶市基礎(chǔ)與前沿探索（重點(diǎn)）項(xiàng)目及重慶市研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目的資助。

 

　　原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-26727-5