前沿丨靶向保守的毒性效应子:稻瘟病新型杀菌剂研发的新策略

2024-02-26 来源:植物保护学院 作者:刘木星 图片:

2月26日,我校张正光教授团队和上海师范大学邢维满教授团队合作在国际权威学术期刊Nature Plants上发表了题为“Targeting Magnaporthe oryzaeeffector MoErs1 and host papain-like protease OsRD21 interaction to combat rice blast”的研究论文,揭示了稻瘟病菌特有的保守毒性效应子MoErs1作为半胱氨酸蛋白酶抑制子抑制寄主免疫的机制,同时基于该机制设计出的二苯醚酯类化合物对稻瘟病具有显著防效。该研究在国内外率先提出以稻瘟病菌保守效应子为靶标创制杀菌剂的新理念。

稻瘟病是水稻生产上的毁灭性真菌病害,每年给我国造成30亿公斤粮食损失,严重制约着我国主粮作物的稳产、高产和优产,威胁着我国粮食安全。目前生产上主要依靠化学农药控制该病害。然而,可作为绿色农药创制的杀菌剂分子靶标数量非常有限,导致农药结构同质化严重,抗药性风险巨大。因此,深入解析稻瘟病菌与水稻互作的分子机制,挖掘新的杀菌剂靶标,创制绿色高效低毒杀菌剂,可望为稻瘟病的绿色防控建立新策略。

在病原菌与寄主互作过程中,病原菌分泌的效应子是其攻击寄主的重要“武器”,然而还未见以效应子为靶标研发杀菌剂的先例。其主要原因是效应子多数不保守、容易变异。但是,张正光课题组发现病原菌中存在一类保守的效应子,例如MoErs1,其在已经测序的来自世界各地的几百份稻瘟病菌生理小种中不存在多态性,序列非常保守,这种保守性也决定了其在稻瘟病菌致病过程中的必要性。为了揭开MoErs1的神秘面纱,研究人员解析了其晶体结构,发现它是半胱氨酸蛋白酶抑制子,能够靶标水稻的半胱氨酸蛋白酶OsRD21并抑制其酶活,从而干扰OsRD21在水稻免疫中的作用。由于MoErs1的保守性,理论上是可作为新型杀菌剂靶标开发利用的。因此,研究人员基于MoErs1-OsRD21互作的模型,设计出了二苯醚酯类化合物,该化合物能够竞争性结合MoErs1,抑制其靶向OsRD21,从而释放OsRD21在水稻免疫中的作用,抵抗稻瘟病菌侵染。

效应蛋白MoErs1抑制水稻免疫模式图

该研究拓展了人们对杀菌剂研发的认知,创建了以效应蛋白为靶标的新型杀菌剂创制的新策略;同时,由于效应蛋白是真菌特有的、分泌到胞外的蛋白,因此针对物种保守且必需的效应蛋白开发的杀菌剂具有低毒、不易产生抗药性等特点,符合我国绿色农药创制的发展需求,为我国绿色农药创制开辟了新途径。

南京农业大学植物保护学院刘木星副教授、何波博士和华东师范大学王芳芳博士为论文共同第一作者,南京农业大学张正光教授和上海师范大学邢维满教授为共同通讯作者。南京农业大学郑小波教授、崔中利教授、叶永浩教授、张海峰教授参与了该研究。美国路易斯安娜州立大学的Ping Wang教授提供了指导。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委重点项目和面上项目的资助。

全文链接:https://www.nature.com/articles/s41477-024-01642-x

审核:吴峰 赵烨烨

校对:谷雨

编辑:胡晓璐

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