Nature Plants | 南京农业大学张正光团队发现稻瘟病菌靶向水稻叶绿体致病的新策略,为水稻抗病设计提供新路径
在植物与病原菌长期博弈的过程中，病原菌如何精准操控宿主细胞的命运，是决定其侵染成败的关键。稻瘟病作为威胁全球粮食安全的重要病害之一，其发病机制一直备受关注。近日，南京农业大学张正光团队在国际学术期刊 Nature Plants 上在线发表题为“A fungal nuclease effector subverts the chloroplast genome and triggers cell death to promote infection”的研究论文，揭示了稻瘟病菌诱导水稻细胞死亡、实现由活体营养向死体营养转变的分子机制，发现一种全新的病菌靶向叶绿体的致病策略。稻瘟病菌是典型的半活体营养型病原真菌。侵染早期，病菌需要维持寄主细胞的存活状态，以便在活体组织中定殖和扩展；而到了侵染后期，它又必须促使宿主细胞死亡，从而获取更多营养并完成快速繁殖。因此，能否顺利完成从“活体营养”到“死体营养”的转变，直接决定了病菌的致病能力。围绕这一关键科学问题，研究团队从稻瘟病菌侵染中、后期显著上调表达的候选效应蛋白中开展系统筛选，最终鉴定出一类与死体营养阶段密切相关的效应蛋白，其中 MoNee6 对病菌毒力的贡献最为突出。研究发现，MoNee6 进入寄主细胞后，会精准定位到水稻叶绿体中（图1b，c），并以核酸酶的形式直接降解叶绿体 DNA（图1d），抑制叶绿体基因表达（图1e），最终诱导宿主细胞死亡（图1a）。叶绿体不仅承担光合作用和能量代谢，也是植物免疫调控的重要细胞器。MoNee6 对叶绿体基因组的直接攻击表明，稻瘟病菌在侵染后期并不仅仅是干扰宿主的某一条防御信号通路，而是通过破坏叶绿体这一核心细胞器的遗传基础，推动寄主细胞走向死亡，从而为自身的扩展创造有利条件（图1f）。该研究揭示了病原真菌促进寄主细胞死亡以完成营养转变的一种新机制，也拓展了人们对效应蛋白作用方式的认知。图1 MoNee6靶向水稻叶绿体降解其基因组促进水稻发病研究还发现，植物并非完全被动应对这一过程。叶绿体中的 Clp 蛋白酶复合体能够识别并降解 MoNee6，在一定程度上抑制其毒性发挥。然而，MoNee6 同时还能抑制叶绿体基因组编码的 OsCLPP1 表达，削弱这一蛋白质稳态防御系统的能力。基于此，研究团队进一步提出了一种新的抗病设计思路：将原本由叶绿体基因组编码的 OsCLPP1 改造为“核编码、叶绿体靶向”的形式，使其绕过病原菌对叶绿体基因表达的压制，重新进入叶绿体发挥作用。实验结果表明，该策略能够显著促进 MoNee6 的降解，增强水稻对稻瘟病的抗性（图2a和2b），且不会对主要农艺性状造成明显影响。研究团队通过揭示稻瘟病菌“破坏叶绿体基因组”以诱导宿主细胞死亡的新机制，提出“重建叶绿体防御体系”的策略（图2c），为水稻抗病育种和病害绿色防控提供了新思路。同时，由于 MoNee6 及其同源蛋白广泛存在于多种半活体营养型和死体营养型真菌中，该研究也有望为其他作物的病害防控带来启发。图2 改造OsClpP1蛋白酶，重建叶绿体防御体系以提升稻瘟病抗性南京农业大学植物保护学院博士生王金涛为论文第一作者，张正光教授和刘昕宇副教授为并列通讯作者。张海峰教授、刘木星教授、李刚教授、杨雷云教授以及路易斯安那健康科学中心的Ping Wang教授参与了该研究。该研究得到了国家重点研发计划，中国科协青年人才托举工程和国家自然科学基金项目的资助。https://www.nature.com/articles/s41477-026-02276-x图文来自网络，版权属于原作者，仅用于学术分享。如有侵权或非授权发布之嫌，请联系我们，我们将及时修改或删除！
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