我室植物免疫团队揭示病原真菌干扰植物叶绿体免疫的新机制

2021年9月16日，植物免疫研究团队在植物生理（Plant Physiology）杂志在线发表了题为《Two stripe rust effectors impair wheat resistance by suppressing import of host Fe–S protein into chloroplasts》的研究论文。王晓东博士为第一作者，王晓杰教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、陕西省科技创新团队等项目的资助。

条锈病是危害小麦生产的重大作物灾害，对小麦生产具有毁灭性危害，一般年份导致小麦减产10~30%，严重时甚至绝收。条锈菌通过频繁的毒性变异导致的小麦品种抗性 “丧失”是病害爆发流行的根本原因，而条锈菌分泌的效应蛋白是条锈菌克服寄主抗性的重要致病因子。因而，鉴定关键效应蛋白并揭示其抑制植物免疫的毒性机理对条锈病的防控具有重要意义。

小麦条锈菌（Puccinia striiformis  f. sp. tritici ）是一种活体营养专性寄生真菌，不能在体外人工培养，缺乏遗传转化体系，难以通过遗传学方法研究病菌的致病机理。为深入揭示条锈菌致病性变异的分子基础，该团队率先在国际上完成了条锈菌基因组测序（Zheng et al., Nature Communications, 2013）和条锈菌转录组测序（Xu et al., Molecular Plant Pathology, 2019），对条锈菌毒性效应蛋白（Effectors）进行了大规模筛选。此项研究通过转基因RNAi技术发现两个效应蛋白Pst_4、Pst_5在条锈菌的致病性中发挥一定的作用。虽然这两个蛋白的序列相似度较低，但二者在半胱氨酸数量及分布位置上较为相似，且二者均靶向寄主的同一个蛋白TaISP（细胞色素b6/f复合体铁硫亚基）。TaISP是一个核基因编码的叶绿体蛋白，在细胞质中合成后转运到叶绿体参与光合电子传递。研究发现瞬时过表达TaISP能够促进烟草叶绿体产生活性氧，另外在小麦上沉默TaISP后降低了小麦对条锈菌的抗性，表明TaISP可能通过调控叶绿体活性氧来促进小麦的抗病性。通过共定位、WB等实验进一步发现这两个效应蛋白能够在植物细胞质“劫持”TaISP，并抑制其向叶绿体的转运。此研究揭示了活体营养型致病真菌干扰植物叶绿体免疫的新机制，对开发条锈病防控新策略具有重要指导意义。

原文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiab434