真菌病原体破坏植物防御机制

卷心菜植物通过部署一种称为芥末油炸弹的防御机制来防御草食动物和病原体：当植物组织受到破坏时，会形成有毒的异硫氰酸盐，并可以有效抵御攻击者。马克斯·普朗克化学生态研究所和比勒陀利亚大学的研究人员现在已经能够在一项新研究中表明，这种防御在一定程度上还对广泛而有害的菌核盘菌菌核有效。但是，病原体使用至少两种不同的解毒机制，使真菌能够成功传播到以此方式防御的植物上。由此形成的代谢产物对真菌无毒，使其可以在这些植物上生长。

核盘菌核盘菌是毁灭性的真菌病原体，可以感染400多种不同的植物。该病的主要症状是菌核枯萎病或白霉病。可见的是白色的棉花状真菌孢子，它们长满了植物的叶子和茎。在农业中，油菜籽种植尤其受到威胁。植物病害可影响卷心菜家族的其他成员，以及马铃薯，豆类和草莓。

耶拿马克斯·普朗克化学生态研究所的科学家们长期以来一直在研究芥菜油苷和异硫氰酸盐，它们构成了甘蓝类植物的特殊防御机制，其中包括油菜籽，萝卜和芥菜。“我们想了解成功的植物病原体如何克服植物的防御作用并在这些植物上定植。因此，我们问自己是否广泛的真菌病原体具有适应白菜家族植物化学防御作用的策略，”第一作者陈景远研究，解释。

研究人员能够通过实验证明基于芥子油苷的防御实际上对真菌侵袭有效。然而，他们也发现了白霉的两种不同的策略真菌解毒防御物质：第一种是一般的解毒途径结合谷胱甘肽的异硫氰酸酯毒素。这种有机毒物的排毒在昆虫甚至哺乳动物中非常普遍。使异硫氰酸酯无害的第二种也是更有效的方法是水解它们，即用水分子将它们酶解。研究人员希望确定这种排毒机制的酶和相应的基因。细菌中已经描述了能够成功排毒这些物质的基因。在对模型植物拟南芥进行实验后，将它们称为Sax基因：拟南芥提取物中的存活。

“我们基于已知的细菌SaxA蛋白进行搜索，以选择候选基因进行进一步研究。然后，我们测试了这些基因在暴露于毒素的真菌中是否实际上大量表达，以及所得的蛋白是否可以使毒素无害，”研究负责人之一DanielVassão解释说。使用高分辨率的分析方法，科学家们能够鉴定和定量排毒过程中真菌产生的代谢产物。他们还使用了其中突变了SaxA编码基因的真菌突变体进行比较。这表明白霉菌的Sax蛋白对多种异硫氰酸酯具有活性，使其能够在甘蓝家族的不同植物上定居。

缺乏该解毒途径基因的突变体耐受异硫氰酸盐的能力大大降低。“但是，令人惊讶的是，这些突变体上调了其解毒的一般途径，尽管这并不能弥补该突变，”陈靖远说。谷胱甘肽共轭不能像水解一样有效地使异硫氰酸酯解毒。尽管对于真菌而言，新陈代谢似乎更昂贵，但这种总途径始终存在，因为它有助于真菌对多种毒物进行解毒。丹尼尔·瓦索(DanielVassão)说：“这种一般途径可能最初会保护真菌，而更专门途径所需要的机制则是在最初接触毒素后组装的，并可以在感染后期接管。”

在进一步的实验中，研究人员希望调查成功感染卷心菜科植物的其他真菌是否也通过相同途径对异硫氰酸盐进行解毒，以及无关的真菌是否也能够降解这些毒素。“然后，我们将知道这种广泛的排毒是由于真菌在芥末菌中的反复进化所造成的，还是随着时间的流逝而得以保留的特征，因此在许多真菌系中都有发现，”生物化学系主任乔纳森·格森松(Jonathan Gershenzon)说道。结论是，进行了研究。

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