近日，南京农业大学植保学院高学文/顾沁教授团队揭示了转录因子 FgPacC 激活类植物多肽激素 FgRALF促进赤霉病菌侵染并抑制植物生长的分子机制，研究结果为赤霉病抗病育种与靶向农药研发提供了潜在的靶标。该文章以“Fusarium graminearum rapid alkalinization factor peptide negatively regulates plant immunity and cell growth via the FERONIA receptor kinase”为题发表在植物学领域知名期刊《Plant Biotechnology Journal》上。
快速碱化因子（Rapid alkalinization factor, RALF）是植物体内一类富含半胱氨酸的肽类激素，广泛存在于整个植物界中，调节植物生理和发育的一系列反应。RALFs 最初在烟草中被发现，可诱导烟草悬浮培养细胞的快速碱化。在拟南芥中，RALFs 通过与CrRLK1L受体激酶 FERONIA（FER）结合以调节细胞生长和植物免疫反应。越来越多的证据表明，真菌、细菌和线虫等植物病原体可能会分泌类RALF 肽来调节寄主免疫并促进侵染。
近年来，由于气候变化、大面积小麦/玉米轮作和秸秆还田等因素的影响，赤霉病在我国呈重发态势，严重影响小麦产量和品质。课题组前期研究发现，赤霉病菌在侵染寄主小麦过程中，会诱导寄主微环境碱化，以激活转录因子 FgPacC ，发挥转录调控作用；活性形式的FgPacC通过抑制SPT-Ada-Gcn5乙酰转移酶复合体活性负调控铁吸收基因表达，增强真菌对寄主源高铁胁迫的耐受性（Gu et al., Nucleic Acids Res. 2022, 50, 6190-6210）。但病原菌碱化寄主的分子机制尚不清楚。本研究发现，活性形式的 FgPacC 与快速碱化因子 FgRALF 基因启动子结合，并在赤霉病菌侵染过程中正调控其表达。分泌到寄主的质外体空间中的FgRALF可引发植物碱化、抑制植物免疫，进而促进赤霉病菌侵染。同时研究还发现FgRALF具有植物 RALF 小肽典型的植物根生长抑制活性。
图1. (a-b) 活性形式的FgPacC在FgRALF基因启动子处富集；(c) 活性形式的FgPacC与FgRALF基因启动子结合；(d) FgPacC正调控赤霉病菌侵染期间FgRALF的表达；(e) FgRALF促进植物碱化；(f) FgRALF抑制拟南芥根的生长；(g) FgRALF调控赤霉病菌致病力；(h) FgRALF抑制flg22诱导的植物免疫；(i) FgRALF抑制赤霉病菌侵染后小麦防御基因的表达；(j) FgRALF抑制小麦原生质体中几丁质诱发的ROS产生。
此外，研究还鉴定到小麦中拟南芥FERONIA受体激酶的同源蛋白（TaFER），并证明 FgRALF 通过结合 TaFER 的胞外malectin-like结构域（TaFERECD）来抑制植物免疫和根生长。
图2 FgPacC 激活类植物多肽激素 FgRALF促进真菌侵染并抑制植物生长
南京农业大学植物保护学院王玉洁博士与江苏省农业科学院刘馨研究员为论文共同第一作者，南京农业大学植物保护学院顾沁教授为通讯作者，高学文教授、伍辉军教授、史建荣研究员、徐剑宏研究员等参与了该项研究。本研究得到了国家重点研发计划揭榜挂帅项目、国家自然科学基金、江苏省优秀青年自然科学基金的资助。
