近日，南京農業大學張正光教授團隊在植物學領域TOP期刊“Molecular Plant”上發表題目為：“Co-evolved ascorbate oxidases of plant and the blast fungus orchestrate host apoplast redox state to modulate rice immunity”的研究論文。
稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）引起的稻瘟病是水稻上的毀滅性病害，素有“水稻癌癥”之稱。在面對稻瘟病菌“進攻”時，水稻細胞通過積累大量的活性氧來構筑自己的防御堡壘，抵抗病菌侵染。質外體空間作為寄主植物與病原菌互作的第一戰場，其活性氧水平受到植物氧化還原系統的嚴格控制。而質外體抗壞血酸作為質外體氧化還原系統的重要組份，其動態平衡受抗壞血酸氧化酶精確調控，進而維持質外體活性氧的水平?？梢?，質外體氧化還原系統對于植物免疫具有重要控制作用，那么作為“兵家必爭之地”，病原菌又是如何劫持質外體的氧化還原系統，實現侵染的呢？
該研究發現，稻瘟病菌通過分泌單體的抗壞血酸氧化酶MoAo1進入到水稻質外體空間中操縱水稻質外體的氧化還原平衡，進而抑制活性氧的迸發。研究人員同時發現，MoAo1分別競爭性結合水稻質外體中的抗壞血酸氧化酶OsAO3和OsAO4，形成異二聚體，阻礙OsAO3和OsAO4自身同源二聚體的形成，從而抑制了OsAO3和OsAO4對抗壞血酸的氧化能力，致使質外體空間處于高度還原的狀態，抑制活性氧的積累，從而促進病菌侵染。
為了應對稻瘟病菌分泌的MoAo1的“進攻”，水稻OsAO3和OsAO4在共進化過程中呈現出豐富的序列多態性，在不影響自身酶活的前提下，逃避了MoAo1的識別，導致病菌的MoAo1無法與其形成異二聚體，從而重新建立了質外體氧化還原穩態，維持水稻對于稻瘟病菌的抗性。該研究系統揭示了胞外氧化還原酶在稻瘟病菌與水稻互作過程中協同進化，相互適應的具體機制，率先解析了植物病原菌操縱寄主質外體氧化還原平衡系統監控寄主免疫的分子機制，研究結果可望為抗病育種提供基因資源，為基于致病機制的殺菌劑新靶標設計提供參考。
南京農業大學植保學院博士生胡杰雄為第一作者，張正光教授為通訊作者。南京農業大學張海峰教授、劉木星副教授和沈丹宇副教授，美國路易斯安娜州立大學的Ping Wang教授、國際水稻所Bo Zhou教授和中國農科院植保所周煥斌研究員等參與了該研究。該研究得到國家自然科學基金委創新研究群體、重點項目和面上項目的資助。
張正光教授課題組近年來在國家與省部級項目的資助下，致力于稻瘟病菌致病機制研究，在稻瘟病菌與水稻互作方面取得了一系列進展，在PNAS、eLife、Autophagy、PLoS Pathogens、PLoS Genetics、New Phytologist和mBio等病原生物學和植物病理學主流刊物發表了相關研究成果。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.07.001
日期：2022-07-13
稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）引起的稻瘟病是水稻上的毀滅性病害，素有“水稻癌癥”之稱。在面對稻瘟病菌“進攻”時，水稻細胞通過積累大量的活性氧來構筑自己的防御堡壘，抵抗病菌侵染。質外體空間作為寄主植物與病原菌互作的第一戰場，其活性氧水平受到植物氧化還原系統的嚴格控制。而質外體抗壞血酸作為質外體氧化還原系統的重要組份，其動態平衡受抗壞血酸氧化酶精確調控，進而維持質外體活性氧的水平?？梢?，質外體氧化還原系統對于植物免疫具有重要控制作用，那么作為“兵家必爭之地”，病原菌又是如何劫持質外體的氧化還原系統，實現侵染的呢？
該研究發現，稻瘟病菌通過分泌單體的抗壞血酸氧化酶MoAo1進入到水稻質外體空間中操縱水稻質外體的氧化還原平衡，進而抑制活性氧的迸發。研究人員同時發現，MoAo1分別競爭性結合水稻質外體中的抗壞血酸氧化酶OsAO3和OsAO4，形成異二聚體，阻礙OsAO3和OsAO4自身同源二聚體的形成，從而抑制了OsAO3和OsAO4對抗壞血酸的氧化能力，致使質外體空間處于高度還原的狀態，抑制活性氧的積累，從而促進病菌侵染。
為了應對稻瘟病菌分泌的MoAo1的“進攻”，水稻OsAO3和OsAO4在共進化過程中呈現出豐富的序列多態性，在不影響自身酶活的前提下，逃避了MoAo1的識別，導致病菌的MoAo1無法與其形成異二聚體，從而重新建立了質外體氧化還原穩態，維持水稻對于稻瘟病菌的抗性。該研究系統揭示了胞外氧化還原酶在稻瘟病菌與水稻互作過程中協同進化，相互適應的具體機制，率先解析了植物病原菌操縱寄主質外體氧化還原平衡系統監控寄主免疫的分子機制，研究結果可望為抗病育種提供基因資源，為基于致病機制的殺菌劑新靶標設計提供參考。
南京農業大學植保學院博士生胡杰雄為第一作者，張正光教授為通訊作者。南京農業大學張海峰教授、劉木星副教授和沈丹宇副教授，美國路易斯安娜州立大學的Ping Wang教授、國際水稻所Bo Zhou教授和中國農科院植保所周煥斌研究員等參與了該研究。該研究得到國家自然科學基金委創新研究群體、重點項目和面上項目的資助。
張正光教授課題組近年來在國家與省部級項目的資助下，致力于稻瘟病菌致病機制研究，在稻瘟病菌與水稻互作方面取得了一系列進展，在PNAS、eLife、Autophagy、PLoS Pathogens、PLoS Genetics、New Phytologist和mBio等病原生物學和植物病理學主流刊物發表了相關研究成果。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.07.001
日期：2022-07-13
