小麥是我國重要的糧食作物，小麥生產(chǎn)的可持續(xù)與穩(wěn)定性與我國糧食安全緊密相關(guān)。小麥赤霉病是全球小麥生產(chǎn)中的重要病害，主要由禾谷鐮刀菌（Fusarium graminearum）引起。小麥赤霉病的發(fā)生不僅造成大面積減產(chǎn)，受赤霉病感染的小麥籽粒還會積累嘔吐毒素（DON），嚴重威脅食品安全和人體健康。主栽品種抗病能力差是小麥赤霉病發(fā)生的重要原因，然而目前可用抗病位點稀少限制了小麥抗赤霉病育種進展。研究禾谷鐮刀菌侵染小麥并導(dǎo)致赤霉病發(fā)生的分子機制將為控制小麥赤霉病提供新的策略，然而目前關(guān)于禾谷鐮刀菌與小麥相互作用的分子機制并不清楚。隨著對植物-病原菌互作機制的深入探索，越來越多的研究表明，病原菌分泌的效應(yīng)蛋白在致病過程中扮演著關(guān)鍵角色。

近日，《植物學(xué)報（Journal of Integrative Plant Biology）》在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室深圳分中心，以下簡稱基因組所）張翠軍課題組題為“Fusarium graminearum effector FgEC1 targets wheat TaGF14b protein to suppress TaRBOHD-mediated ROS production and promote infection”的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)禾谷鐮刀菌通過分泌效應(yīng)蛋白FgEC1，靶向小麥TaGF14b蛋白并抑制TaGF14b與TaRBOHD互作，進而抑制小麥活性氧（ROS）產(chǎn)生，促進侵染的分子機制。

該研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)gEC1在禾谷鐮刀菌侵染小麥過程中顯著上調(diào)表達，通過基因敲除實驗，證明FgEC1的缺失顯著降低了禾谷鐮刀菌在小麥穗部的致病力，是禾谷鐮刀菌致病性關(guān)鍵因子。蛋白外泌分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)gEC1能夠分泌到小麥細胞內(nèi)。進一步研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)gEC1能夠抑制flg22和chitin誘導(dǎo)的植物葉片活性氧爆發(fā)和胼胝質(zhì)沉積。蛋白互作研究發(fā)現(xiàn)FgEC1能夠與小麥中的TaGF14b蛋白直接相互作用。GF14b是一種在植物免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用的蛋白，它能夠與NADPH氧化酶結(jié)合，保護其不被26S蛋白酶體降解，從而維持高水平的活性氧產(chǎn)生。活性氧是植物應(yīng)對病原菌入侵時產(chǎn)生的一種重要防御信號分子，能夠直接殺傷病原菌并激活下游的免疫反應(yīng)。本研究發(fā)現(xiàn)FgEC1通過與TaGF14b結(jié)合，阻斷了TaGF14b與TaRBOHD的相互作用，進而促進了TaRBOHD的降解，導(dǎo)致小麥ROS水平下降，削弱了小麥的免疫反應(yīng)，有利于禾谷鐮刀菌的侵染(圖1)。

圖1 | 禾谷鐮刀菌效應(yīng)蛋白FgEC1抑制小麥免疫的致病機制

此外，通過轉(zhuǎn)基因在小麥中過表達TaGF14b，成功提高了小麥對禾谷鐮刀菌的抗性，且不影響小麥的生長和產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀。上述研究不僅揭示了禾谷鐮刀菌利用效應(yīng)蛋白抑制植物免疫的分子機制，也為小麥赤霉病的防治提供了新的基因資源。該研究為理解植物與病原菌之間的相互作用提供了新的視角，為作物抗病育種提供了新策略。

基因組所張翠軍研究員為本論文通訊作者，在站博士后商圣平為第一作者，團隊成員何宇涵、胡乾勇、方穎參與了該研究，基因組所程時鋒研究員對本研究給予了幫助和指導(dǎo)。該研究得到了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年英才計劃、深圳市科技計劃等項目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1111/jipb.13752