近日，華中農業大學農業微生物資源挖掘與利用全國重點實驗室植物病害生物防治團隊李國慶課題組在Cell Reports上發表了題為“expression of a mycoparasite protease in plant petals suppresses the petal-mediated infection by necrotrophic pathogens”的研究論文。該研究發現在油菜花瓣中特異表達蛋白酶CmSp1可顯著抑制死體營養型病原真菌（核盤菌和灰葡萄孢）的侵染，為油菜菌核病和灰霉病的防控提供了新策略。
核盤菌引起的油菜菌核病是我國油菜的首要病害。該病發生范圍廣，發生面積大，暴發頻率高，危害損失重，已成為油菜安全生產的主要限制因子，且對冬油菜產區的損害尤其嚴重。由于缺乏抗病品種，菌核病的防治主要依賴于化學防治，但化學農藥的長期使用（尤其是濫用）易導致抗藥性產生、農藥殘留和環境污染等問題。目前，在常規防治條件下，菌核病造成的油菜籽損失每年約為80億元。因此，菌核病的綠色安全防控是油菜生產上亟待解決的難題。
核盤菌初侵染源子囊孢子的侵染能力較弱，需借助油菜花瓣（外源營養）才能形成侵染菌絲，它主要通過罹病花瓣飄落至莖葉引發接觸侵染的方式殺死植株。因此，抑制子囊孢子侵染花瓣是防治菌核病的有效策略。研究團隊發現核盤菌重寄生真菌盾殼霉分泌的蛋白酶CmSp1能降解核盤菌細胞壁蛋白和細胞膜蛋白，抑制核盤菌子囊孢子萌發和菌絲生長，且能顯著抑制核盤菌子囊孢子侵染花瓣?；诖?，團隊使用花瓣特異啟動子XY355在油菜花瓣中特異表達CmSp1，顯著抑制核盤菌子囊孢子和灰葡萄孢分生孢子侵染花瓣，從而切斷了花瓣侵染介導的病害循環；同時，花瓣表達CmSp1植株對油菜的生長發育、角果數、單株產量、千粒重、含油量和蛋白含量等農藝性狀均無顯著影響。這表明花瓣表達CmSp1在抗花瓣侵染病原菌分子育種中具有重要的應用價值。
本研究以核盤菌侵染花瓣為出發點，從生防菌盾殼霉中篩選生防功能基因CmSp1，通過花瓣特異表達轉基因技術創制抗病材料，為花瓣侵染病害防控提供了新的研究思路。
我校農業微生物資源挖掘與利用全國重點實驗室、湖北省作物病害監測和安全控制重點實驗室博士研究生王永春為論文第一作者，楊龍教授為論文通訊作者，課題組李國慶教授、吳明德副教授和張靜副教授，加拿大薩斯喀徹溫大學衛揚斗教授、美國華盛頓州立大學陳衛東教授、中國農科院油料作物研究所劉勝毅研究員、農業微生物資源挖掘與利用全國重點實驗室姜道宏教授和Kenichi Tsuda教授等參與了合作研究。研究得到國家自然科學基金和國家油菜產業技術體系（CARS-12）等項目的資助。
【英文摘要】
Sclerotinia sclerotiorum and Botrytis cinerea are necrotrophic plant-pathogenic fungi, causing substantial economic losses on many crops. So far, resistant cultivars against these pathogens are unavailable in most crops. Here, we show that the serine protease CmSp1 of Coniothyrium minitans, a well-characterized mycoparasite of S. sclerotiorum, contributed to suppressing the petal-mediated infection by S. sclerotiorum in rapeseed. Application of recombinant CmSp1 proteins facilitates the bulk degradation of S. sclerotiorum proteins and inhibits spore germination and hyphal growth of S. sclerotiorum and B. cinerea, thereby preventing the development of both diseases. Stable transgenic rapeseed plants with tissue-specific expression of CmSp1 in flower petals inhibit the petal-mediated infection by both S. sclerotiorum and B. cinerea, and resulting transgenic plants have no adverse effect on other agronomic traits. Thus, our findings provide a novel mechanism by which a mycoparasite inhibits fungal pathogens and an environmentally friendly disease management strategy.
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124723013025
日期：2023-11-07
核盤菌引起的油菜菌核病是我國油菜的首要病害。該病發生范圍廣，發生面積大，暴發頻率高，危害損失重，已成為油菜安全生產的主要限制因子，且對冬油菜產區的損害尤其嚴重。由于缺乏抗病品種，菌核病的防治主要依賴于化學防治，但化學農藥的長期使用（尤其是濫用）易導致抗藥性產生、農藥殘留和環境污染等問題。目前，在常規防治條件下，菌核病造成的油菜籽損失每年約為80億元。因此，菌核病的綠色安全防控是油菜生產上亟待解決的難題。
核盤菌初侵染源子囊孢子的侵染能力較弱，需借助油菜花瓣（外源營養）才能形成侵染菌絲，它主要通過罹病花瓣飄落至莖葉引發接觸侵染的方式殺死植株。因此，抑制子囊孢子侵染花瓣是防治菌核病的有效策略。研究團隊發現核盤菌重寄生真菌盾殼霉分泌的蛋白酶CmSp1能降解核盤菌細胞壁蛋白和細胞膜蛋白，抑制核盤菌子囊孢子萌發和菌絲生長，且能顯著抑制核盤菌子囊孢子侵染花瓣?；诖?，團隊使用花瓣特異啟動子XY355在油菜花瓣中特異表達CmSp1，顯著抑制核盤菌子囊孢子和灰葡萄孢分生孢子侵染花瓣，從而切斷了花瓣侵染介導的病害循環；同時，花瓣表達CmSp1植株對油菜的生長發育、角果數、單株產量、千粒重、含油量和蛋白含量等農藝性狀均無顯著影響。這表明花瓣表達CmSp1在抗花瓣侵染病原菌分子育種中具有重要的應用價值。
本研究以核盤菌侵染花瓣為出發點，從生防菌盾殼霉中篩選生防功能基因CmSp1，通過花瓣特異表達轉基因技術創制抗病材料，為花瓣侵染病害防控提供了新的研究思路。
我校農業微生物資源挖掘與利用全國重點實驗室、湖北省作物病害監測和安全控制重點實驗室博士研究生王永春為論文第一作者，楊龍教授為論文通訊作者，課題組李國慶教授、吳明德副教授和張靜副教授，加拿大薩斯喀徹溫大學衛揚斗教授、美國華盛頓州立大學陳衛東教授、中國農科院油料作物研究所劉勝毅研究員、農業微生物資源挖掘與利用全國重點實驗室姜道宏教授和Kenichi Tsuda教授等參與了合作研究。研究得到國家自然科學基金和國家油菜產業技術體系（CARS-12）等項目的資助。
【英文摘要】
Sclerotinia sclerotiorum and Botrytis cinerea are necrotrophic plant-pathogenic fungi, causing substantial economic losses on many crops. So far, resistant cultivars against these pathogens are unavailable in most crops. Here, we show that the serine protease CmSp1 of Coniothyrium minitans, a well-characterized mycoparasite of S. sclerotiorum, contributed to suppressing the petal-mediated infection by S. sclerotiorum in rapeseed. Application of recombinant CmSp1 proteins facilitates the bulk degradation of S. sclerotiorum proteins and inhibits spore germination and hyphal growth of S. sclerotiorum and B. cinerea, thereby preventing the development of both diseases. Stable transgenic rapeseed plants with tissue-specific expression of CmSp1 in flower petals inhibit the petal-mediated infection by both S. sclerotiorum and B. cinerea, and resulting transgenic plants have no adverse effect on other agronomic traits. Thus, our findings provide a novel mechanism by which a mycoparasite inhibits fungal pathogens and an environmentally friendly disease management strategy.
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124723013025
日期：2023-11-07
