尽管外观类似丝状真菌，卵菌实际上是属于不等鞭藻类（Stramenopiles）的一类真核生物，它们在系统发育上与硅藻和褐藻有亲缘关系。具体来说，卵菌病原体能引起严重影响农业和水产养殖产量的病害，从而对全球粮食安全构成持续的威胁。一个典型的例子是大豆疫霉（Phytophthora sojae），它是大豆（Glycine max L.）根腐病和茎腐病的致病菌，每年在全球范围内造成的经济损失高达100亿美元，这主要是由于疫霉属物种基因组中遗传和表观遗传的快速变异导致抗病品种的丧失，并严重限制了有效病害预防和控制策略的研究与开发。
植物细胞壁，作为一种位于胞外空间、围绕植物细胞的动态且复杂的结构，在超越其作为抵御各种生物胁迫物理屏障的功能之上，已成为植物先天免疫系统的一个关键组成部分。特别地，病原体已经进化出一系列策略来成功瓦解这一侵染障碍并侵入宿主细胞，其中包括利用细胞壁降解酶（CWDEs）。作为回应，植物进化出了专门的机制来维持细胞壁完整性（CWI），这套机制包括一组多样化的驻留于质膜上的传感蛋白和模式识别受体，这些受体能够感知细胞壁完整性的改变或由病原体水解酶释放的壁多糖，进而触发防御反应。然而，植物在响应微生物侵染时如何修改其细胞壁的潜在机制仍有待全面探索。
2024年7月17日，国际权威学术期刊Molecular Plant发表了南京农业大学作物疫病研究团队的最新相关研究成果，题为AlphaFold-guided redesign of a plant pectin methylesterase inhibitor for broad-spectrum disease resistance的研究论文。南京农业大学王源超教授为论文的通讯作者。
植物细胞壁是植物与病原体持续争夺生理优势的关键战场。在此研究中，科研人员揭示了植物细胞壁中果胶甲酯化动态重塑是宿主与病原体之间生理斗争和协同进化的组成部分。一种由大豆疫霉菌（P. sojae）分泌的果胶甲酯酶（PsPME1）降低了果胶的甲酯化程度，从而与内聚半乳糖醛酸酶（PsPG1）协同作用，削弱植物细胞壁结构。为了对抗PsPME1介导的易感性，来源于植物的果胶甲酯酶抑制蛋白，GmPMI1，保护果胶维持高甲酯化状态。GmPMI1在侵染期间通过抑制大豆和P. sojae的果胶甲酯酶，防止植物细胞壁遭受酶解降解。
然而，GmPMI1的组成型表达破坏了宿主生长与防御反应之间的平衡。因此，科研人员利用AlphaFold结构预测工具设计了一种改良形式的GmPMI1（GmPMI1R），该形式特异性地靶向并抑制来自病原体而非植物自身的分泌性果胶甲酯酶。GmPMI1R的瞬时表达增强了植物对卵菌和真菌病原体的抵抗力。
综上所述，科研人员的工作强调了细胞壁的生化修饰作为宿主与微生物生理及协同进化冲突中的重要焦点，并为如何利用人工智能驱动的基于结构的工具加速新策略的预测以保护植物提供了重要的概念验证。
这一研究不仅突出了细胞壁生化变化在植物与微生物相互作用中的核心地位，而且展示了AI技术在生物科学领域中的应用潜力，特别是通过结构生物学方法快速识别和开发新型抗病策略的能力。
