疫霉属（Phytophthora）病原菌，简称疫霉菌。目前已经鉴定到的疫霉菌有120余种，能侵染和危害几乎所有的双子叶植物，造成表型各异的严重病害。由于其危害巨大，发病迅速，难以防治，生产上将这类病害统称为“作物疫病”。历史上，由致病疫霉菌引起的马铃薯晚疫病，导致的“爱尔兰大饥荒”曾造成近百万人被饿死，至今晚疫病仍是国内外马铃薯生产上最严重的病害；由大豆疫霉菌引起的根茎腐烂病也是国内外制约大豆安全生产和供给的重要因素。培育和合理布局抗病品种是控制作物疫病的主要手段，但是由于其特殊的基因组结构，疫霉菌田间变异速度快，易克服或逃避寄主抗病基因的识别，作物抗病性丧失问题严重。因此，寻求“一劳永逸”的广谱持久抗病技术一直是遗传育种和植物病理学工作者的重点工作方向。

　　2021年5月6日，Molecular Plant在线发表了南京农业大学植物保护学院/前沿交叉研究院窦道龙课题组题为Targeting of anti-microbial proteins to the hyphal surface amplifies protection of crop plants against Phytophthora pathogens的研究论文。

　　前期研究表明，疫霉菌侵染寄主植物时，会合成和积累化合物磷脂酰肌醇三磷酸（phosphatidylinositol 3-phosphate，PI3P）；PI3P可与病原菌的效应子互作，稳定后者并促进其转运到植物细胞中，因此是疫霉菌致病的一种重要武器。以此为基础性，该研究认为PI3P可以作为抗病精准设计育种的分子靶标，并将PI3P特异性结合肽与杀菌蛋白融合，构建融合蛋白过表达转基因植物，使杀菌蛋白向侵染疫霉菌侵染组织聚集，提高杀菌蛋白的活性，赋予植物强抗病能力。该研究提出并成功验证了一种抑菌蛋白病原菌靶标导向的转基因抗病新策略。

图 1  抑菌蛋白疫霉菌靶标导向的抗病转基因新技术示意图

（左：在侵染过程中，疫霉菌产生重要致病武器效应子和PI3P；右：传统转基因技术尽管有一定抗病活性，但富集到侵染病原菌组织上的抑菌蛋白较少活性有限；中：抑菌蛋白经PI3P结合肽导向到疫霉菌侵染组织，通过局部区域的浓度效应，提高抑菌活性大幅度，大幅度提升植物的抗病性）

　　该研究的主要内容和结果包括：① 在本氏烟中，借助农杆菌介导的基因瞬时表达方法，鉴定到两种天麻抗真菌蛋白（GAFP1/3）对疫霉菌与较强活性，进一步发现融合PI3P特异性结合肽后可以显著地提高GAFP1/3对疫霉菌的抑制能力；② 转入可分泌的GAFP-FYVE融合蛋白的大豆植株对大豆疫霉菌多个典型生理小种的抗性显著性提高；③ 通过亚细胞定位观察实验，发现GAFP-FYVE融合蛋白聚集在侵染的疫霉菌组织周围，且外源GAFP-FYVE蛋白也可以显著地提高GAFP对多种疫霉菌的休止孢萌发和致病性的抑制能力；④ 通过对疫霉菌PI3Ks突变体的致病力和PI3Ks酶活性的分析，发现疫霉菌的PI3P主要由其两个酶（PI3K1/2合成）；且GAFP-FYVE融合蛋白对疫霉菌的靶向功能和PI3K1/2密切相关；⑤ 利用该策略得到的转融合蛋白的马铃薯植株对致病疫霉的抗性也显著性提高。

图 2  转基因大豆和马铃薯对大豆疫霉菌与致病疫霉菌的抗性显著提升

　　由于PI3P由疫霉菌特异性高量产生，且为致病必需因子，理论上病原菌难以通过变异克服这种抗病性，因此该研究中的转基因作物有望具备抗多个病原菌生理小种的广谱抗性。这种抑菌蛋白病原菌靶标导向的转基因抗病新技术对其它不同植物病原菌的防治也具有重要参考价值。       （来源：MP植物科学）

农药快讯, 2021 (9): 5.