编辑推荐：
栗疫病严重危害栗树，造成巨大经济和生态损失。研究人员对寄生隐丛赤壳菌（Cryphonectria parasitica）感染过程进行转录组分析，发现糖苷水解酶相关基因显著上调，其中 CpEng1 基因对真菌致病性至关重要。该研究为防治栗疫病提供新见解。
在广袤的森林中，栗树曾是许多地区重要的经济和林业资源。然而，一种名为栗疫病的植物疾病却如幽灵般悄然来袭，给栗树带来了灭顶之灾。栗疫病是由寄生隐丛赤壳菌（Cryphonectria parasitica）引起的，自 19 世纪末在美国被首次发现后，便在全球范围内肆虐，严重破坏了栗树种群。这种病菌通过物理压力和分泌草酸等物质，穿透并降解栗树的宿主细胞，干扰正常的营养运输，在栗树皮上形成溃疡，最终导致整棵树死亡。尽管人们尝试了砍伐、焚烧、喷洒化学和生物药剂等多种控制措施，但效果都不尽如人意。因此，深入了解寄生隐丛赤壳菌的分子致病机制迫在眉睫，这对于有效防治栗疫病、保护森林生态和经济具有重要意义。
为了解开寄生隐丛赤壳菌致病的神秘面纱，北京林业大学的研究人员开展了一项深入的研究。他们对寄生隐丛赤壳菌感染栗树枝条过程中的基因表达变化进行了系统分析，最终发现了一种糖苷水解酶基因 CpEng1，它在真菌的致病性中起着关键作用。该研究成果发表在《Phytopathology Research》上，为进一步理解寄生隐丛赤壳菌与宿主之间的相互作用提供了重要依据，也为栗疫病的防治开辟了新的思路。
在这项研究中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：
- 转录组测序（RNA-Seq）：对寄生隐丛赤壳菌在感染栗树枝条 0、1、2、3 天的样本进行转录组测序，分析基因表达变化。
- 基因功能验证：采用基因敲除和互补实验，探究目标基因在真菌生长、发育和致病性中的作用。
- 生物信息学分析：运用多种生物信息学工具和数据库，对测序数据进行处理和分析，包括差异表达基因（DEGs）的筛选、基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析等。
下面让我们详细了解一下研究的具体结果：
- 转录组测序数据分析：对 12 个样本进行转录组测序，获得大量高质量的测序数据。通过分析发现，样本间基因表达水平和基因密度趋势一致，且样本重复性良好。
- 差异表达基因的鉴定和功能注释：筛选出 2160 个差异表达基因，根据表达模式分为 18 个聚类。其中，聚类 1 和 2 中的 66 个基因在感染早期显著上调，且大多与宿主细胞壁降解相关。
- GO 和 KEGG 富集分析：GO 富集分析显示，上调的差异表达基因在碳水化合物代谢过程和糖苷水解酶活性方面显著富集；KEGG 富集分析表明，上调的差异表达基因主要集中在氨基糖和核苷酸糖代谢、戊糖和葡萄糖醛酸相互转化等碳水化合物代谢途径。
- 效应基因的预测：在差异表达基因中预测出 48 个潜在的效应蛋白，其中 29 个显著上调，主要包括参与植物细胞壁降解的糖苷水解酶等多种酶和蛋白。
- CpEng1 基因的功能验证：研究人员选取了糖苷水解酶家族 16 成员 CpEng1 进行深入研究。基因敲除实验表明，该基因缺失不影响真菌在人工培养基上的生长，但显著降低了其对栗树枝条的致病性。进一步实验发现，CpEng1 能够降解层粘连蛋白和果胶，具有糖苷水解酶活性。
- RT-qPCR 验证：通过 RT-qPCR 对 8 个随机选择的差异表达基因进行验证，结果表明 RNA-seq 数据可靠。
在讨论部分，研究人员指出，植物在自然界中会利用多种防御机制抵御病原体的入侵，而病原体则会通过分泌各种毒力因子来突破这些防御。许多研究表明，病原体分泌的细胞壁降解酶在感染过程中起着重要作用。在本研究中，大量与宿主细胞壁降解相关的基因被发现，其中糖苷水解酶活性和碳水化合物代谢途径在感染过程中显著富集。CpEng1 作为一种在寄生隐丛赤壳菌感染早期显著差异表达的基因，虽然对菌丝生长和发育并非必需，但却显著影响了真菌对栗树枝条的致病性，是感染阶段的关键毒力因子之一。
此外，研究还发现了 48 个潜在的效应蛋白，以及与氧化还原酶相关基因的表达增加，这表明除了细胞壁降解酶外，疏水蛋白、蛋白酶和氧化还原酶等在寄生隐丛赤壳菌的细胞壁分解和细胞死亡过程中可能也起着关键作用，揭示了其复杂的致病机制。
综上所述，该研究全面分析了寄生隐丛赤壳菌感染过程中的转录组，揭示了其致病相关的基因表达模式。研究结果表明，与未感染对照组相比，差异表达基因中与细胞壁降解相关的基因显著上调，参与糖苷水解酶活性和碳水化合物代谢的基因在感染过程中表达突出。预测的效应蛋白主要是参与植物细胞壁降解的糖苷水解酶，说明破坏栗树枝条的细胞壁是该真菌的关键致病策略。对致病相关毒力因子 CpEng1 的功能验证表明，其缺失不影响病原体的营养生长，但显著降低了致病性。这项研究有助于阐明寄生隐丛赤壳菌的致病分子机制，为未来有效控制栗疫病提供了新的见解和理论基础。
