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。这项研究揭示了核盘菌中的一种分泌蛋白 SsPEIE1 (Sclerotinia sclerotiorum Plant Early Immunosuppressive Effector 1) 能有效抑制宿主植物的早期免疫反应，并深入探讨了SsPEIE1通过阻止寄主HIR蛋白聚合来中断早期免疫响应的具体机制。基于上述发现，研究团队成功培育出对核盘菌及灰霉等多种病原体具有更强抵抗力的油菜品种，为油菜抗病分子育种开辟了新的路径和目标。
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核盘菌是一种全球分布的植物病原真菌，可对油菜、大豆和向日葵等多种重要作物造成菌核病危害。研究指出，SsPEIE1在核盘菌早期侵入过程中表达量显著上升。通过对SsPEIE1基因进行删除和补充实验，研究者确认SsPEIE1是核盘菌致病过程中的关键因素。在转基因拟南芥中表达SsPEIE1后，观察到植物的早期免疫系统遭受重创，这使得植物对核盘菌、灰霉菌和丁香假单胞菌更加敏感，证明了SsPEIE1通过削弱植物免疫力参与到核盘菌与寄主植物之间的互动。研究还发现，SsPEIE1能与AtHIR家族蛋白建立强烈的相互作用。遗传学证据显示，hir2、hir4及其组合突变体表现出的早期免疫特征与过表达SsPEIE1的拟南芥相似，这表明AtHIR2和AtHIR4在拟南芥对抗核盘菌中扮演着积极调控的角色。
图1 AtHIR2 和 AtHIR4 在抵抗核盘菌侵染时发挥重要作用
此外，研究团队进一步解析了SsPEIE1与AtHIR家族成员之间的作用机理。HIR蛋白的聚合对于它所介导的植物抗病能力至关重要，而SsPEIE1则通过与HIR蛋白的竞争性结合来阻止其聚合，进而抑制HIR蛋白引导的植物抗病响应。实验结果显示，AtHIR4蛋白第157位的缬氨酸对其二聚化非常关键，该位置发生突变的AtHIR4丧失了对核盘菌的防御能力，再次证明了AtHIR4蛋白聚合能力对其功能的重要性。
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
过表达AtHIR4的转基因拟南芥和油菜不仅对核盘菌、灰霉菌及丁香假单胞菌等多种病原体表现出明显的抗性，而且植物的正常生长没有受到影响。研究还表明，AtHIR4的过表达可以显著提升植物的早期免疫水平，激活ROS和MAPKs信号通路，从而提高对多种病原体的防御力。
图3 过表达AtHIR4提高了植物对多种病原菌的广谱抗病性
这项研究首次详细描述了核盘菌在早期感染阶段利用效应子SsPEIE1抑制植物免疫以促进自身侵染的分子机制。此发现不仅验证了核盘菌在感染初期可能存在活体营养阶段的假设，而且强调了HIR蛋白在植物中对抗多种病原体的广泛抗性，展现了HIR蛋白在培育抗核盘菌油菜品种中的潜在价值。
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。华中农业大学姜道宏教授、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。
