真菌效应蛋白Pst_TTP1通过抑制TaTrx-TaSGR1氧化还原级联通路延缓小麦叶片衰老促进侵染的分子机制

西北农林科技大学研究团队发现小麦条锈菌效应蛋白Pst_TTP1通过靶向叶绿体硫氧还蛋白TaTrx，阻断其介导的TaSGR1寡聚体向单体转化，抑制叶片衰老和H2O2积累，从而创造有利于病原菌生长的"绿岛"微环境。该研究揭示了锈菌操纵宿主氧化还原信号的新机制，为开发广谱抗病小麦品种提供了新靶点，成果发表于《Nature Communications》。

　　

在植物与病原菌的军备竞赛中，条锈菌（Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst）作为专性活体营养型真菌，需要精巧地调控宿主细胞死亡程序以维持其生存。有趣的是，被Pst侵染的小麦叶片常出现奇特"绿岛"现象——感染部位叶绿素异常保留，而周围组织快速衰老。这种现象虽在多种病害系统中普遍存在，但其背后的分子机制始终成谜。西北农林科技大学徐强团队在《Nature Communications》发表的研究，首次揭示了锈菌通过分泌效应蛋白操纵宿主氧化还原通路，延缓叶片衰老以获取营养的完整分子机制。

研究团队综合运用CRISPR-Cas9基因编辑（构建tasgr1和tatrx突变体）、宿主诱导基因沉默（Pst_TTP1RNAi）、双分子荧光互补（BiFC）、共免疫沉淀（Co-IP）以及原生质体瞬时表达等技术，结合小麦条锈菌自然侵染实验，系统解析了病原菌-植物互作的关键节点。

研究首先发现小麦衰老相关基因TaSGR1（STAYGREEN）通过促进叶绿素降解和H₂O₂积累增强抗病性。过表达TaSGR1导致叶片早衰和Pst生物量减少50-60%，而CRISPR敲除株系则出现典型"绿岛"表型且感病性增强。通过酵母双杂交筛选，鉴定到叶绿体硫氧还蛋白TaTrx能与TaSGR1特异性互作。胰岛素还原实验证实TaTrx具有二硫键还原酶活性，可将TaSGR1寡聚体转化为活性单体形式。这种转化在抗病反应中起关键作用——接种无毒菌株CYR23时，TaSGR1单体水平显著升高；而接种毒性菌株CYR31则抑制该过程。

进一步研究发现，Pst分泌的效应蛋白Pst_TTP1（TaTrx-Targeting Protein 1）是这一调控网络的核心"破坏者"。该蛋白在侵染早期表达量激增30倍，通过Y2H和Co-IP验证其特异性结合TaTrx。亚细胞定位研究显示，Pst_TTP1如同"分子路障"将TaTrx拦截在细胞质中，阻止其进入叶绿体。当利用BSMV病毒载体在TaSGR1过表达株系中共表达Pst_TTP1时，TaSGR1单体形成被显著抑制。与之呼应，Pst_TTP1基因沉默株系表现出强烈的H₂O₂积累和细胞死亡，Pst生物量降低40-50%。

研究还揭示了TaSGR1功能调控的结构基础。通过系列点突变实验发现，TaSGR1的Cys247、Cys248和Cys253是维持寡聚状态的关键位点。当这些位点突变为丙氨酸时，TaSGR1SA突变体丧失寡聚能力，在烟草中引发更强烈的细胞死亡和叶绿素降解。半体外叶绿素降解实验证实，TaTrx能显著增强TaSGR1单体催化活性，而丧失还原活性的TaTrxM突变体则无此效应。

这项研究首次描绘了"病原效应蛋白-硫氧还蛋白-衰老基因"三级调控网络：Pst_TTP1通过劫持TaTrx，阻断其介导的TaSGR1单体化进程，从而抑制叶绿体ROS爆发和衰老相关抗病反应。该发现不仅解释了"绿岛"现象形成的分子基础，更揭示了活体营养型病原菌操纵宿主氧化还原稳态的新策略。从应用角度看，TaTrx-TaSGR1模块为设计兼顾抗病性与产量的作物育种提供了新靶点——通过精准调控该通路活性，有望打破传统抗病育种中"抗性-生长"的权衡困局。研究还提示，Pst_TTP1在5个国际菌株中存在19个核苷酸变异，这种高变异性可能是锈菌克服宿主抗性的重要手段，为病害流行预警提供了分子标记。