体外模拟宿主：解析褐腐病菌与宿主关系的创新模型

《European Journal of Plant Pathology》：A Model System for Understanding Host–Pathogen Relationships Through In Vitro Host Mimicry

为解决研究真菌植物病原体宿主 - 病原体关系面临的化学、时间和空间等挑战，研究人员开展了针对 Monilinia fructicola 和 M. laxa 两种褐腐病菌的体外宿主模拟研究。结果表明病菌在模拟培养基上生长更快且有宿主偏好，效应基因表达也有差异，该研究为相关研究提供新方法。

　　在水果种植的世界里，有一种名为褐腐病的 “恶魔”，严重威胁着核果和仁果类水果的生长。由 Monilinia 属的真菌引起的褐腐病，像 Monilinia fructicola 和 M. laxa，会让桃子、李子、樱桃和苹果等水果在成熟之际烂掉，给果农带来巨大损失。以往研究这类病菌和宿主的关系困难重重，水果中高含量的酚类物质阻碍了从受感染果实中分离总 RNA，评估基因表达水平也变得棘手；而且体外实验使用离体果实会因 RNA 酶高表达而受影响，同时并非所有实验室都具备在实验室条件下培育幼苗、使用温室或进行田间试验的设施。所以，为了更好地了解褐腐病菌与宿主之间的关系，找到防治褐腐病的方法，来自恰纳卡莱奥内基兹马尔特大学（?anakkale Onsekiz Mart University）的研究人员展开了一项重要研究，其成果发表在《European Journal of Plant Pathology》上。

研究人员运用了多种关键技术方法。首先，从之前采集的桃子果实中挑选出不同毒力水平的 Monilinia fructicola 和 M. laxa 菌株。然后，制备了模拟桃子、苹果、樱桃和李子这四种宿主的培养基，这些培养基是用冷冻干燥的水果、无菌蒸馏水和琼脂制成的。接着，测量病菌在不同培养基上的菌丝生长速度，并通过 RNA 提取、反转录合成 cDNA，设计引物进行实时荧光定量 PCR（qPCR）分析，以此研究效应基因的表达情况。

研究结果主要分为以下几个方面：

1. 病原体的体外生长测量：研究发现，第 3 天病菌在所有培养基上生长缓慢，第 7 天生长过快不利于比较，第 5 天的测量数据最适合进行培养基、物种和毒力水平的比较。所有病原体菌株在标准马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）上的生长明显比在模拟宿主培养基上慢。
2. 不同宿主培养基上每个 Monilinia 物种的菌丝生长速率：
   • Monilinia fructicola：高毒力（HV）菌株在以桃子为基础的培养基（FPA）上生长速率显著更高；低毒力（LV）菌株在以李子为基础的培养基上生长速率最高。
   • Monilinia laxa：所有菌株在桃子培养基上生长速率最高，高毒力菌株对宿主培养基的偏好顺序为苹果 - 李子 - 樱桃，低毒力菌株为李子 - 樱桃 - 苹果。
   
   
3. 不同宿主培养基上每个 Monilinia 物种的效应基因表达模式：
   • Monilinia fructicola：CUT1 基因表达在不同毒力菌株间存在差异，高毒力菌株 B5-A4 在李子培养基上表达升高，T-B1-A5 在桃子培养基上表达升高；低毒力菌株 YK-1 在苹果、桃子和樱桃培养基上表达升高，SC-B2-A4 在不同培养基上表达变化不同，但 CUT1 表达水平未直接显示低毒力菌株的宿主偏好。PG1 基因在高毒力菌株的所有宿主培养基上表达都很高，无明显宿主偏好；低毒力菌株 YK-1 在所有模拟培养基上表达无差异，SC-B2-A4 在不同宿主培养基上表达有增加。
   • Monilinia laxa：高毒力菌株的 CUT1 基因在桃子和李子培养基上表达较高，其中 Y?l-1 在苹果培养基上表达极高；低毒力菌株 MMB4-A4 在桃子和李子培养基上 CUT1 表达升高，MT-B1-A3-1 在各宿主模拟培养基上与 PDA 相比无高倍数表达差异。PG1 基因在高毒力和低毒力菌株的宿主模拟培养基上表达都高于 PDA，且不同菌株在不同宿主培养基上表达增加幅度不同。
   
   

研究结论和讨论部分指出，本研究成功开发了两种褐腐病菌的宿主模拟培养基，揭示了病菌在种内和种间的宿主偏好。病菌在模拟培养基上生长更快，这表明模拟培养基能更好地反映真菌菌株的生长反应。而且，宿主偏好受病原体毒力水平影响，不同毒力菌株在不同宿主上的适应性和偏好不同。此外，两种病菌在模拟培养基上都过表达了 CUT1 和 PG1 这两个效应基因，这触发了宿主感染机制，就好像病菌在真实宿主中生长一样。虽然研究没有明确揭示种内和种间分子机制在宿主 - 病原体关系中的作用，但为后续研究提供了重要线索，也为研究其他真菌病原体与宿主的关系提供了新的思路和方法，有助于推动植物病理学领域对真菌病害防治的研究。