植物病害绿色防控团队在真菌病毒传播及其应用方面取得新进展

　　

南湖新闻网讯（通讯员 海都）近日，我校农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室、湖北洪山实验室、植物科学技术学院姜道宏教授领衔的植物病害绿色防控团队，在Nature Communications上在线发表题为“Plants interfere with non-self recognition of a phytopathogenic fungus via proline accumulation to facilitate mycovirus transmission”的研究论文。该研究发现一种新的植物与真菌病毒的生存之道，植物帮助敌人（病原真菌）的敌人（真菌病毒）传播存活，以削弱敌人（病原真菌）对植物的危害，最终保护植物健康。基于此，提出利用外源脯氨酸辅助低毒相关真菌病毒传播进行作物真菌病害绿色防治的新策略，并在田间成功进行了实践应用。

约80%以上的植物病害由真菌引起，安全防控真菌病害对保护粮食生产安全意义重大。真菌病毒（Mycovirus或Fungal virus）是寄生真菌的病毒，部分真菌病毒可以导致寄主真菌毒力衰退，减轻对植物的危害。当这类真菌病毒在病原真菌群体中传播扩散导致真菌群体弱毒特性时，理论上有控制植物真菌病害的潜力。自然界中已知的真菌病毒90%以上为RNA病毒，具有很好的开发和应用潜力。然而，目前只有一例利用天然存在的RNA病毒在自然系统成功防治植物病害的案例，即利用Hypovirus成功控制欧洲栗树疫病，但该策略在美国防治栗树疫病并没有取得成功。究其原因是美国的栗疫菌群体中存在更复杂的营养体不亲和型，不同菌株间非我识别导致的不亲和性反应，限制了真菌RNA病毒（Hypovirus）在不同菌株间的有效扩散，从而显著降低真菌病毒的防病效果。因此，克服真菌RNA病毒水平传播困难的问题，是真菌病毒实践应用中亟待解决的科学难题。

研究分析真菌RNA病毒在不亲和性菌株间进行水平传播时的效率，发现在人工培养基PDA上RNA病毒以较低频率水平传播，但是在植物上的水平传播效率明显增强（图1）。这使得携带弱毒相关RNA病毒的核盘菌菌株Ep-1PN（EP）与不亲和的强致病力核盘菌菌株1980共同接种活体植物（油菜）时，由于真菌病毒水平传播，相比于单独接种强致病力菌株，油菜上菌核病的病斑显著减小（图1）。因此，推测植物中存在某种因子可以促进真菌病毒的传播。

图1 植物提高真菌病毒在核盘菌营养体不亲和菌株间水平传播效率

研究病毒、真菌与寄主三者互作过程，发现核盘菌侵染寄主植物时诱导植物产生的脯氨酸含量显著增加。脯氨酸通过抑制核盘菌非我识别相关基因和G蛋白基因的表达，同时抑制核盘菌活性氧产生，显著削弱病原真菌个体间不亲和性反应，进而提高真菌病毒在不亲和菌株间传播的效率。脯氨酸对真菌病毒传播的促进作用具有普遍性，可提高不同核酸类型（dsRNA和ssRNA）的真菌病毒在核盘菌不亲和性菌株间传播效率。在此基础上，将一定浓度脯氨酸添加到病毒介导的低毒力核盘菌菌株Ep-1PN菌丝悬浮液中，多年多地进行田间实践应用均表明可以显著降低菌核病发病率（图2），提高油菜产量（增产11%以上），提升低毒相关病毒的生防潜力。

图2 脯氨酸提高低毒相关真菌病毒的田间生物防治效果

该研究提出了植物通过削弱病原真菌非我识别反应，促进真菌病毒水平传播的新机制（图3），为真菌病毒绿色防控作物病害提供新思路和新策略，也为了解真菌病毒对环境适应性和田间生态特性提供了新见解。

图3 植物抑制真菌非我识别反应促进真菌病水平毒传播模式图

我校植物科学技术学院博士后海都为该论文的第一作者，谢甲涛教授为该论文的通讯作者。我校姜道宏教授、程家森教授、付艳苹教授、陈桃教授、李博教授、于晓教授和陈伟教授，林杨博士、肖雪琼博士和蔡青博士，以及英国帝国理工学院Ioly Kotta-Loizou教授参与指导了该项研究工作。我校李金仓、殷焕然等研究生参与了部分研究。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和国家油菜产业技术体系等项目的资助。

审核人：谢甲涛

英文摘要:

Non-self recognition is a fundamental aspect of life, serving as a crucial mechanism for mitigating proliferation of molecular parasites within fungal populations. However, studies investigating the potential interference of plants with fungal non-self recognition mechanisms are limited. Here, we demonstrate a pronounced increase in the efficiency of horizontal mycovirus transmission between vegetatively incompatible Sclerotinia sclerotiorum strains in planta as compared to in vitro. This increased efficiency is associated with elevated proline concentration in plants following S. sclerotiorum infection. This surge in proline levels attenuates the non-self recognition reaction among fungi by inhibition of cell death, thereby facilitating mycovirus transmission. Furthermore, our field experiments reveal that the combined deployment of hypovirulent S. sclerotiorum strains harboring hypovirulence-associated mycoviruses (HAVs) together with exogenous proline confers substantial protection to oilseed rape plants against virulent S. sclerotiorum. This unprecedented discovery illuminates a novel pathway by which plants can counteract S. sclerotiorum infection, leveraging the weakening of fungal non-self recognition and promotion of HAVs spread. These promising insights provide an avenue to explore for developing innovative biological control strategies aimed at mitigating fungal diseases in plants by enhancing the efficacy of horizontal HAV transmission.

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