多组学解析甘蓝枯萎病菌核心效应蛋白组揭示其侵染宿主的多样性作用机制

为解决甘蓝枯萎病(Fusarium oxysporum f. sp. conglutinans, Focn)效应蛋白功能不明的问题，中国农业科学院团队通过PacBio SMRT测序构建染色体级基因组，结合多组学方法鉴定出14个核心效应蛋白，其中11个在甘蓝中诱导程序性细胞死亡(PCD)，Focn-EF2和Focn-EF7分别被证实为毒力增强和抑制因子。该研究为解析病原菌-宿主互作机制及抗病育种提供新靶点。

　　

甘蓝作为全球重要的十字花科作物，长期遭受由尖孢镰刀菌甘蓝专化型(Fusarium oxysporum f. sp. conglutinans, Focn)引起的枯萎病威胁，可造成产量损失高达76%。尽管已知抗病基因FOC1/FocBo1能提供抗性，但病原菌如何突破宿主防御的分子机制仍是未解之谜。更棘手的是，传统模式植物本氏烟(Nicotiana benthamiana)对Focn效应蛋白的识别效率低下，导致效应蛋白功能研究进展缓慢。

中国农业科学院蔬菜花卉研究所团队在《Plant Stress》发表的研究，通过第三代测序技术PacBio Sequel结合Illumina数据，首次完成Focn race 1菌株FGL03-6的染色体级基因组组装（18条染色体，66.49 Mb）。研究人员创新性地整合基因组比较、分泌组预测、转录组分析和效应蛋白特征筛选等多组学方法，从1196个分泌蛋白中锁定14个核心效应蛋白候选基因。

关键技术包括：1）采用PacBio SMRT和Illumina混合组装策略；2）基于MITE转座子标记、分泌信号肽等特征进行效应蛋白预测；3）利用农杆菌介导的瞬时表达系统在4种不同抗性背景的甘蓝品系中验证效应蛋白功能；4）通过同源重组构建基因敲除突变体进行致病性验证。

研究结果揭示：

1. 染色体级基因组特征
   FGL03-6基因组包含13.65%转座元件，BUSCO完整性达99%。比较基因组分析发现6条 lineage-specific (LS)染色体（2、10、14、16、18号及部分4、11、13号），这些区域富含效应蛋白编码基因。

2. 效应蛋白的时空表达模式
   RNA-seq显示Focn-EF4(SIX1)、Focn-EF12(SIX4)等5个效应基因在感染后期（6-9 dpi）表达量激增180倍，而含LysM结构域的Focn-EF7仅微弱诱导。

3. 宿主特异性细胞死亡诱导
   在HR品系96-100中，8个效应蛋白（如含GH131结构域的Focn-EF3）引发强烈PCD；而Focn-EF5/EF6仅在HS品系79-156中激活细胞死亡，揭示效应蛋白功能具有宿主遗传背景依赖性。

4. 关键效应蛋白的致病机制
   基因敲除实验显示：

• Focn-EF2（未知功能蛋白）缺失使致病指数(DI)从76.7降至10，证实其正向调控毒力；
• 含LysM的Focn-EF7缺失突变体DI升至96.7，暗示其可能通过结合几丁质寡糖抑制宿主免疫。

这项研究突破性地建立了甘蓝-Focn互作研究体系，首次系统鉴定出具有宿主特异性的效应蛋白库。其中Focn-EF2/EF7作为毒力调控因子的发现，为开发"效应蛋白诱饵"等新型抗病策略提供分子靶标。研究还证实天然宿主甘蓝比本氏烟更适合效应蛋白功能研究，这对其他作物-病原互作研究具有方法论启示。未来通过解析Focn-EF2与宿主靶标互作网络，有望揭示甘蓝免疫识别的新机制。