生物通报道：来自美国弗吉尼亚理工大学，中国西北农林科技大学和法国农业科学院的研究人员解开了动植物病原卵菌致病原因之谜，这对于药物和杀菌剂研发具有重要意义。这一研究成果公布在7月23日的《Cell》杂志上。

文章的通讯作者是弗吉尼亚理工大学的Brett M. TylerSee和西北农林科技大学的单卫星教授，后者现任西北农林科技大学教授、博士生导师，主持学校生物技术中心的病原-植物互作实验室。入选2005年度教育部“新世纪优秀人才支持计划”。

据科学时报报道，这项研究揭示真核类动植物病原菌特别是卵菌的致病机理方面取得重要突破，发现了真核类病菌效应蛋白进入动植物寄主细胞的一种普遍机理。

卵菌包括霜霉菌、疫霉菌和腐霉菌等，是一类真核微生物，能造成广泛的农作物和林业损失，1840年左右造成爱尔兰大饥荒的马铃薯晚疫病和1990年左右美国西海岸的栎树猝死病就是其中的代表。至今，晚疫病仍是马铃薯生产中最为严重的病害问题。病菌对寄主的侵染定殖和病害的发生，涉及病菌产生的一系列在寄主细胞内发挥干扰效应的小分子蛋白。虽然科学家15年前即已在原核的病原细菌研究方面取得突破，揭示了病原细菌III型分泌系统在其效应蛋白的跨膜转运、进入寄主细胞的关键作用，然而对真核类病菌效应蛋白转运机理的认识仍然十分有限。这些在序列上高度分化多样的真核类病菌效应蛋白，如何进入寄主细胞，是否存在共同的机理进入寄主细胞，是全球科学家十分关注的问题之一。

研究人员认为在已完成全基因组测序的马铃薯晚疫病菌基因组中，仅RXLR类效应蛋白家族就有600～700个序列上高度分化的成员，认识这些效应蛋白如何进入寄主细胞，对建立新型的病害防控策略意义重大。研究小组发现，植物细胞质膜外存在大量的3-磷酸磷脂酰肌醇分子，卵菌RXLR效应蛋白通过与其结合进入寄主细胞。

卵菌致病关键的RXLR效应蛋白与3-磷酸磷脂酰肌醇分子的结合是由RXLR结构域介导的；植物病原真菌的效应蛋白也存在类似卵菌RXLR效应蛋白的功能结构域，并且通过与3-磷酸磷脂酰肌醇分子的结合进入寄主植物细胞。

单卫星教授一直从事马铃薯晚疫病防控的应用与基础研究，他曾在美国加州大学戴维斯分校做博士后期间，通过图位克隆法确定了大豆疫霉菌三个无毒基因（Avr1b-1、Avr1b-2和Avr1k）的物理位置并且最终分离得到无毒基因Avr1b-1。用遗传学方法确定了Avr1b性状是由两个独立的基因（Avr1b-1和Avr1b-2）控制；揭示了大豆疫霉菌毒性变异的几种方式。发现了存在于大豆疫霉菌中而且极可能是卵菌所特有的一种遗传变异现象：基因转变（gene conversion），亦即一些杂合子在遗传上不稳定，在一些遗传位点上变异为纯合子。基因转变这种遗传变异频率在不同菌系间存在很大差异，而且这种菌系间的遗传差异可能是由少数基因控制的。通过基因转变这种独特的遗传变异方式，病菌极易在紧密连锁的基因间发生重组、产生多样的重组类型。这些结果可以部分地解释为什么疫霉菌极易发生变异从而克服植物的抗病性和对杀菌剂产生抗药性。这些工作在卵菌中均属首次。

（生物通：万纹）

原文摘要：

External Lipid PI3P Mediates Entry of Eukaryotic Pathogen Effectors into Plant and Animal Host Cells

Highlights
Oomycete and fungal pathogen effectors bind PI3P via their host cell entry motifs
PI3P is abundant on the surface of plant cells and some human cells
Binding to PI3P is required for host cell entry via lipid raft-mediated endocytosis
Blocking of effector entry by exogenous molecules suggests therapeutic strategies
Summary
Pathogens of plants and animals produce effector proteins that are transferred into the cytoplasm of host cells to suppress host defenses. One type of plant pathogens, oomycetes, produces effector proteins with N-terminal RXLR and dEER motifs that enable entry into host cells. We show here that effectors of another pathogen type, fungi, contain functional variants of the RXLR motif, and that the oomycete and fungal RXLR motifs enable binding to the phospholipid, phosphatidylinositol-3-phosphate (PI3P). We find that PI3P is abundant on the outer surface of plant cell plasma membranes and, furthermore, on some animal cells. All effectors could also enter human cells, suggesting that PI3P-mediated effector entry may be very widespread in plant, animal and human pathogenesis. Entry into both plant and animal cells involves lipid raft-mediated endocytosis. Blocking PI3P binding inhibited effector entry, suggesting new therapeutic avenues.

作者简介：

单卫星，男，回族，1967年10月生于新疆新源县，理学博士。现任西北农林科技大学教授、博士生导师，主持学校生物技术中心的病原-植物互作实验室。入选2005年度教育部“新世纪优秀人才支持计划”。


二、研究领域或方向


植物病理学、真菌分子生物学与功能基因组学。


三、工作学习简历


1989年毕业于西北农业大学植物保护学专业，获农学学士学位；1992年毕业于西北农业大学植物病理学专业农学硕士学位；1992年9月-1995年12月在西北农业大学和中国科学院遗传研究所完成博士学位论文工作，获西北农业大学植物病理学专业理学博士学位。1996年1月-2001年4月在美国加州大学戴维斯分校植物病理系做博士后研究（Postdoctoral Fellow）；2001年5月-2006年3月在澳大利亚国立大学生物科学研究院植物细胞生物学系疫霉菌研究实验室任职Research Fellow (Lecturer)。2005年9月起，在西北农林科技大学生物技术中心/植物保护学院任职教授，博士生导师。


四、学术及科研情况


在美国加州大学戴维斯分校做博士后期间，通过图位克隆法确定了大豆疫霉菌三个无毒基因（Avr1b-1、Avr1b-2和Avr1k）的物理位置并且最终分离得到无毒基因Avr1b-1。用遗传学方法确定了Avr1b性状是由两个独立的基因（Avr1b-1和Avr1b-2）控制；揭示了大豆疫霉菌毒性变异的几种方式。发现了存在于大豆疫霉菌中而且极可能是卵菌所特有的一种遗传变异现象：基因转变（gene conversion），亦即一些杂合子在遗传上不稳定，在一些遗传位点上变异为纯合子。基因转变这种遗传变异频率在不同菌系间存在很大差异，而且这种菌系间的遗传差异可能是由少数基因控制的。通过基因转变这种独特的遗传变异方式，病菌极易在紧密连锁的基因间发生重组、产生多样的重组类型。这些结果可以部分地解释为什么疫霉菌极易发生变异从而克服植物的抗病性和对杀菌剂产生抗药性。这些工作在卵菌中均属首次。


在澳大利亚国立大学工作期间，以烟草疫霉菌为模式系统，研究卵菌无性发育过程的分子遗传学基础，鉴定了一批烟草疫霉菌无性发育阶段特异表达的基因、建立了一个烟草疫霉菌的大片段基因组文库（BAC文库）并且确定了烟草疫霉菌的基因组大小。在烟草疫霉菌稳定的遗传转化方面取得重要的进展，首次取得GFP标记的定位和定向表达，使得我们跻身于世界上屈指可数的几个能够转化疫霉菌的实验室之一。 这些研究进展为研究疫霉菌的阶段发育机理、鉴定和功能解析病菌重要的致病基因、以及认识病菌侵染植物的分子机制积累了重要的遗传资源和研究方法。目前，疫霉菌遗传操作和功能基因组学的研究在很大程度上受限于稳定、有效的遗传转化手段。


攻读博士学位期间，首次鉴定到一个小麦条锈菌基因组特异的中度重复DNA序列家族，这使得大规模分析条锈菌标样成为可能。由于锈菌类活体寄生的病原物无法通过人工培养，很难通过病原物纯培养、获得纯病原物DNA的途径分析较大量的病害标样。通过建立小麦条锈菌基因组特异的DNA指纹方法、分析较大量的病害标样，首次在分子水平证明了小麦条锈菌的远距离传播。


 

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