Nature Commun | 华中农业大学植物病害绿色防控团队揭示核盘菌抑制植物早期免疫反应的新机制

近日，华中农业大学农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室、植物科学技术学院姜道宏教授领衔的植物病害绿色防控团队在Nature Communications发表题为An effector essential for virulence of necrotrophic fungi targets plant HIRs to inhibit host immunity的研究论文。该研究发现，核盘菌的一个分泌蛋白SsPEIE1(Sclerotinia sclerotiorum Plant Early Immunosuppressive Effector 1) 可抑制寄主植物早期免疫反应，并解析了 SsPEIE1 通过抑制寄主 HIR 蛋白寡聚化来阻断早期免疫反应的分子机制。基于互作机制，该研究创制了对核盘菌和灰霉等多种病原菌抗性增强的油菜材料，为油菜抗病分子育种提供了新的靶标和思路。

核盘菌是一类世界性分布的重要植物病原真菌，可在多种重要农作物（如油菜、大豆和向日葵等）上引起菌核病。该研究发现，分泌蛋白SsPEIE1在核盘菌早期侵染阶段显著上调表达。对SsPEIE1基因进行了敲除和回补，发现SsPEIE1是核盘菌的重要致病因子。转基因拟南芥植株中 SsPEIE1 的表达导致植物早期免疫反应严重受损，使其对核盘菌、灰霉病菌和丁香假单胞菌的感病性显著增强，表明 SsPEIE1 通过抑制植物免疫参与了核盘菌与寄主植物的相互作用。进一步研究发现，SsPEIE1与AtHIR家族蛋白均存在较强的相互作用。遗传实验证据显示，hir2、hir4以及hir24双突变体的早期免疫表型与SsPEIE1转基因拟南芥一致，证实AtHIR2和AtHIR4在拟南芥抵抗核盘菌的过程中发挥重要作用，是植物免疫的正调节因子。

图1 AtHIR2 和 AtHIR4 在抵抗核盘菌侵染时发挥重要作用

该研究进一步阐明了 SsPEIE1 与 AtHIR 家族蛋白的互作机制。HIR 蛋白的寡聚化对于其介导的植物抗病性至关重要，而 SsPEIE1 通过竞争性结合 HIR 蛋白来抑制其寡聚化，从而抑制 HIR 蛋白介导的植物抗病反应。点突变实验结果表明，第 157 位缬氨酸对于 AtHIR4 的二聚体形成十分重要，第 157 位突变的AtHIR4也失去了对核盘菌的抗性功能，再次证实了 AtHIR4 的寡聚化能力对其功能发挥的关键作用。

图2 SsPEIE1 与 AtHIR蛋白竞争性结合并破坏其寡聚能力和寡聚介导的抗病性

超量表达AtHIR4的转基因拟南芥和油菜显示出对核盘菌、灰霉和丁香假单胞菌等多种病原菌的显著抗性，同时植物生长未受到显著影响。进一步研究表明，AtHIR4的超量表达能够显著增强植物的早期免疫反应，促进ROS和MAPKs途径的激活从而产生对多种病原菌的抗病性。

图3 过表达AtHIR4提高了植物对多种病原菌的广谱抗病性

综上所述，该研究揭示了核盘菌在早期致病阶段通过效应子SsPEIE1抑制植物免疫以促进侵染的分子机制。这一发现首次揭示了典型的坏死营养型病原真菌核盘菌在感染初期抑制植物免疫的策略，有力支持了核盘菌在早期具有活体营养阶段的假说。HIR蛋白在植物中具有对多种病原菌的广谱抗病性，展示了其在抗菌核病油菜品种培育中的应用潜力。

华中农业大学植物科学技术学院博士后刘小凡为该论文的第一作者，博士生赵荟荟为共同第一作者，程家森教授为该论文的通讯作者。姜道宏教授、谢甲涛教授、付艳苹教授、陈桃教授、李博教授、于晓教授和林杨博士，以及美国华盛顿州立大学植物病理学系Weidong Chen教授参与指导了该项研究工作。硕士生原明云、博士生李朋岳等研究生参与了部分研究。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和国家油菜产业技术体系等项目的资助。

https://www.nature.com/articles/s41467-024-53725-0