單位：中科院上海植生所

影響因子：11.878

使用服務(wù)：轉(zhuǎn)錄組測序

文章摘要

禾谷鐮刀菌（Fusarium graminearum）在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中具有重大的經(jīng)濟(jì)影響。禾谷鐮刀菌常見于小麥和大麥，據(jù)估計，禾谷鐮刀菌造成的生產(chǎn)損失可高達(dá) 50%。中科院植生所唐威華教授團(tuán)隊與有機(jī)所劉文教授團(tuán)隊，近日在國際知名雜志《Nature Communication》上發(fā)表了禾谷鐮刀菌侵染小麥的相關(guān)機(jī)制研究成果。文章指出禾谷鐮刀菌的一個次級代謝產(chǎn)物合成基因簇 fg3_54，可能編碼了其毒力因子，fusaoctaxin A。對 fg3_54 進(jìn)行敲除，禾谷鐮刀菌的侵染能力大大減弱，外源添加 fusaoctaxin A 后，禾谷鐮刀菌侵染能力得到恢復(fù)，通過進(jìn)一步研究，文章提出了 fusaoctaxin A 介導(dǎo)的侵染模型。其中，小麥轉(zhuǎn)錄組測序服務(wù)由伯豪生物提供。

研究內(nèi)容

禾谷鐮刀菌 fg3_54 基因簇在感染小麥胚芽鞘后，呈現(xiàn)出特異性高表達(dá)，而在體外環(huán)境中，fg3_54 基因簇幾乎檢測不到表達(dá)。fg3_54 基因簇包含兩個多功能結(jié)構(gòu)基因，nrps5 (FGSG_13878) 和 nrps9(FGSG_10990)，編碼非核糖體合成肽酶，以及 6 個其它基因 fgm5 (FGSG_10995), fgm4 (FGSG_10994), fgm3 (FGSG_10993), fgm2 (FGSG_10992), fgm1 (FGSG_10991) 以及 fgm9 (FGSG_10989)。

為了驗證 fg3_54 基因簇的表達(dá)是侵染過程發(fā)生的必要條件，作者構(gòu)建了基因簇整體敲除株（FG-Δfg3_54），以及單個基因敲除株（FG-Δfgm4, FG-Δfgm3, FG-Δfgm1, FG-Δfgm9, and FG-Δnrps5）。這些突變株在培養(yǎng)條件下與野生型無明顯差異，但在接種小麥后，這些突變株誘導(dǎo)形成的枯萎癥小穗數(shù)量顯著減少。在接種發(fā)生 2.5 天后，相較于野生型，突變株菌絲密度低和侵染面積更小。FG-Δfg3_54 的菌絲往往滯留于胚芽鞘表皮細(xì)胞的凹凸邊緣處，而野生株菌絲則能夠滲透進(jìn)表皮細(xì)胞屏障。接種 8 天后，野生株菌絲到達(dá)小花基部軸上，而突變株幾乎沒有在小花基部軸上有發(fā)現(xiàn)。

作者構(gòu)建了過表達(dá)株 WT-OE::fgm4，在與 FG-Δfg3_54 的比較中發(fā)現(xiàn) WT-OE :: fgm4 積累了一種新產(chǎn)物，隨后改產(chǎn)物被鑒定為線性八肽 fusaoctaxin A，將 fusaoctaxin A 以不同濃度添加到 FG-Δfg3_54-RFP 突變體接種的小麥胚芽鞘上。結(jié)果表明 fusoctaxin A 以劑量依賴的方式恢復(fù)了 FG-Δfg3_54-RFP 侵染小麥的能力。

為了確定小麥在病原菌入侵過程細(xì)胞水平的相關(guān)防御反應(yīng)，作者進(jìn)行了小麥轉(zhuǎn)錄組測序研究。實驗設(shè)置了真菌產(chǎn)生 fusaoctaxin A 以及外源添加 fusaoctaxin A 的兩種處理條件，確定了處理 3h 和 24h 后，小麥基因組中表達(dá)均受到抑制的基因，868 和 862 個下調(diào)基因。通過 GO 富集分析發(fā)現(xiàn)，處理 3h 后，下調(diào)基因主要與葉綠體活性相關(guān)以及防御免疫反應(yīng)相關(guān)通路相關(guān)。24h 后，與微管活動相關(guān)、細(xì)胞壁生成活動受到抑制。

禾谷鐮刀菌 fg3_54 基因簇編碼的八肽 fusaoctaxin A，能夠影響小麥細(xì)胞間的防御反應(yīng)，當(dāng) fg3_54 基因簇被敲除時，禾谷鐮刀菌的侵染能力大大減弱，菌絲體難以滲透細(xì)胞壁，外源補(bǔ)充 fusaoctaxin A 后，侵染能力得到恢復(fù)。由此，作者提出了以短肽介導(dǎo)的小麥—禾谷鐮刀菌互作模型，深化了人們對于作物對病原菌防御機(jī)制的研究。

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