葫芦科作物致病尖孢镰刀菌中ECC1效应蛋白同源基因调控宿主特异性毒力的分子机制

这篇研究揭示了尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum, Fo）中ECC1效应蛋白家族通过基因复制和功能分化调控宿主特异性的新机制。通过CRISPR/Cas9基因编辑和表达谱分析，发现ECC1aFom和ECC1b分别促进甜瓜和黄瓜感染，而ECC1aFom在黄瓜中触发非寄主抗性（avr基因功能）。结构预测显示ECC1具有ToxA-like效应蛋白特征，其早期感染阶段表达峰值（4 dpi）暗示其在宿主定殖中的关键作用。该研究为理解病原菌宿主适应性进化提供了分子靶点。

　　

1 引言

尖孢镰刀菌（Fo）作为土传病原体，通过分泌效应蛋白操纵宿主免疫系统。其中葫芦科专化型如甜瓜专化型（Fom）和黄瓜专化型（Forc）的宿主范围差异机制尚不明确。前期研究发现效应蛋白ECC1a^Fom在Forc中触发黄瓜抗性，但其家族功能未被系统解析。

2 材料与方法

通过比较基因组学鉴定出ECC1基因家族包含4个亚家族13种基因型。采用RNP-CRISPR/Cas9技术构建Fom005和Forc016的ECC1单/双敲除及基因替换株系，结合离体蛋白结构预测（AlphaFold3）和感染模型（甜瓜cv. Cha-T，黄瓜cv. Paraiso）评估毒力变化。

3 结果

3.1 ECC1家族进化与分布

基因树分析显示ECC1a^Fom与ECC1b属于亚家族4（甜瓜专化型特有），而ECC1a^Forc属于亚家族2（多宿主分布）。水平基因转移事件解释了跨谱系分布模式。

3.2 结构特征

ECC1蛋白具有β-三明治折叠（Z-score 7.4 vs ToxA），含LxxR基序（Kex2加工位点），提示其可能通过前体加工激活。

3.3 宿主特异性功能

• 黄瓜感染：Forc016中ECC1a^Forc敲除使病指降低40%（p<0.05），而Fom005敲除株仍无毒力，证实ECC1a^Fom是必要非充分条件。

• 甜瓜感染：Fom005双敲除株鲜重减少62%，但Forc016仅ECC1b敲除影响毒力，揭示功能分化。

3.4 时空表达

qPCR显示ECC1a^Forc在感染4天时表达量达峰值（ΔCt=5.2），与早期定殖阶段吻合。

4 讨论

ECC1家族通过序列微变异（如ECC1a^Fom/ECC1b的2个氨基酸差异）实现功能特化。其与NPP1d基因的共定位提示可能的协同进化。未来需解析效应蛋白-宿主靶标互作网络以揭示分子机制。

（注：全文数据均来自原文图表及统计结果，未添加主观推断）