近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)張正光教授團(tuán)隊(duì)在植物學(xué)領(lǐng)域TOP期刊“Molecular Plant”上發(fā)表題目為：“Co-evolved ascorbate oxidases of plant and the blast fungus orchestrate host apoplast redox state to modulate rice immunity”的研究論文。
稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）引起的稻瘟病是水稻上的毀滅性病害，素有“水稻癌癥”之稱。在面對(duì)稻瘟病菌“進(jìn)攻”時(shí)，水稻細(xì)胞通過積累大量的活性氧來構(gòu)筑自己的防御堡壘，抵抗病菌侵染。質(zhì)外體空間作為寄主植物與病原菌互作的第一戰(zhàn)場(chǎng)，其活性氧水平受到植物氧化還原系統(tǒng)的嚴(yán)格控制。而質(zhì)外體抗壞血酸作為質(zhì)外體氧化還原系統(tǒng)的重要組份，其動(dòng)態(tài)平衡受抗壞血酸氧化酶精確調(diào)控，進(jìn)而維持質(zhì)外體活性氧的水平?？梢?，質(zhì)外體氧化還原系統(tǒng)對(duì)于植物免疫具有重要控制作用，那么作為“兵家必爭(zhēng)之地”，病原菌又是如何劫持質(zhì)外體的氧化還原系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)侵染的呢？
該研究發(fā)現(xiàn)，稻瘟病菌通過分泌單體的抗壞血酸氧化酶MoAo1進(jìn)入到水稻質(zhì)外體空間中操縱水稻質(zhì)外體的氧化還原平衡，進(jìn)而抑制活性氧的迸發(fā)。研究人員同時(shí)發(fā)現(xiàn)，MoAo1分別競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合水稻質(zhì)外體中的抗壞血酸氧化酶OsAO3和OsAO4，形成異二聚體，阻礙OsAO3和OsAO4自身同源二聚體的形成，從而抑制了OsAO3和OsAO4對(duì)抗壞血酸的氧化能力，致使質(zhì)外體空間處于高度還原的狀態(tài)，抑制活性氧的積累，從而促進(jìn)病菌侵染。
為了應(yīng)對(duì)稻瘟病菌分泌的MoAo1的“進(jìn)攻”，水稻OsAO3和OsAO4在共進(jìn)化過程中呈現(xiàn)出豐富的序列多態(tài)性，在不影響自身酶活的前提下，逃避了MoAo1的識(shí)別，導(dǎo)致病菌的MoAo1無法與其形成異二聚體，從而重新建立了質(zhì)外體氧化還原穩(wěn)態(tài)，維持水稻對(duì)于稻瘟病菌的抗性。該研究系統(tǒng)揭示了胞外氧化還原酶在稻瘟病菌與水稻互作過程中協(xié)同進(jìn)化，相互適應(yīng)的具體機(jī)制，率先解析了植物病原菌操縱寄主質(zhì)外體氧化還原平衡系統(tǒng)監(jiān)控寄主免疫的分子機(jī)制，研究結(jié)果可望為抗病育種提供基因資源，為基于致病機(jī)制的殺菌劑新靶標(biāo)設(shè)計(jì)提供參考。
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植保學(xué)院博士生胡杰雄為第一作者，張正光教授為通訊作者。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)張海峰教授、劉木星副教授和沈丹宇副教授，美國(guó)路易斯安娜州立大學(xué)的Ping Wang教授、國(guó)際水稻所Bo Zhou教授和中國(guó)農(nóng)科院植保所周煥斌研究員等參與了該研究。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體、重點(diǎn)項(xiàng)目和面上項(xiàng)目的資助。
張正光教授課題組近年來在國(guó)家與省部級(jí)項(xiàng)目的資助下，致力于稻瘟病菌致病機(jī)制研究，在稻瘟病菌與水稻互作方面取得了一系列進(jìn)展，在PNAS、eLife、Autophagy、PLoS Pathogens、PLoS Genetics、New Phytologist和mBio等病原生物學(xué)和植物病理學(xué)主流刊物發(fā)表了相關(guān)研究成果。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.07.001
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