一作解读|NC西北农林科技大学发现赤霉菌与小麦分子互作的关键途径

“手中有粮、心里不慌”，粮食是国家安全稳定的重要保障。但是近年来全球气候变暖导致病虫害频繁爆发，严重威胁我国粮食安全，特别是能够为害小麦、玉米等多种主要粮食作物的赤霉病已成为威胁我国粮食安全的重大真菌病害。该病为害穗部，不仅导致作物大面积减产绝收，病菌还会产生大量真菌毒素污染粮食，威胁人畜健康。赤霉病菌致病能力强，生产上缺少高抗或免疫的作物品种，种植的大多数品种高感赤霉病。虽然国内外学者围绕赤霉病菌的致病性和寄主的抗病性开展了大量研究工作，也取得了诸多研究进展，但是对于赤霉病菌与寄主互作的分子机理却知之甚少。

近日，西北农林科技大学植物保护学院“植物病原真菌功能基因组学”研究团队联合普度大学研究人员在自然-通讯（Nature Communications）上在线发表了题为“An orphan protein of Fusarium graminearum modulates host immunity by mediating proteasomal degradation of TaSnRK1α”的研究论文，阐明了赤霉病菌—禾谷镰刀菌编码的孤儿致病蛋白Osp24与小麦孤儿抗病蛋白Frog竞争结合并调控小麦SnRK1蛋白激酶的稳定性，从而介导小麦感病/抗病的分子机制。

该研究通过对禾谷镰刀菌（小麦赤霉病菌）基因组编码的50个孤儿蛋白（orphan proteins）进行系统性功能研究，发现其中的Osp24对赤霉病在穗轴中的扩展具有重要作用。进一步研究证明Osp24可进入寄主小麦细胞内并靶向小麦的SnRK1激酶，通过招募泛素-26S蛋白酶体以加速SnRK1的降解，从而导致小麦感病；小麦也不坐以待毙，感受到病菌分泌的DON毒素后激活表达出一个孤儿抗病蛋白Frog，通过与病菌的Osp24竞争结合SnRK1，保护SnRK1激酶不被降解，从而介导小麦的抗病性。遗憾的是，这场争斗最终的结果是小麦一方的Frog落败，所以自然条件下小麦表现出感病。但是通过创制小麦稳定的转基因材料，证明无论是过表达SnRK1还是Frog均能够显著提高小麦抗赤霉病能力。因此，该研究发现了赤霉病菌与小麦分子互作的关键途径，为小麦高抗赤霉病遗传改良以及发展新的病害防控策略提供了新思路。

西北农林科技大学为该论文的第一完成单位，西北农林科技大学植物保护学院江聪研究员为该论文的第一作者，西北农林科技大学植物保护学院刘慧泉研究员与普度大学的许金荣教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、陕西省创新人才推进计划-青年科技新星、西北农林科技大学“双一流”建设经费和青年英才培育计划等项目的资助。

小麦赤霉病菌Osp24介导的病原-寄主互作模式图