近日，中國(guó)植物病理學(xué)會(huì)與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合出版的英文國(guó)際期刊Phytopathology Research在線發(fā)表了上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院何亞文教授團(tuán)隊(duì)的研究文章“黃單胞菌利用hca基因簇降解和利用宿主酚酸，增強(qiáng)致病力”（The phytopathogen Xanthomonas campestris scavenges hydroxycinnamic acids in planta via the hca cluster to increase virulence on its host plant）。此前，該項(xiàng)研究的姊妹篇文章“黃單胞菌利用反向轉(zhuǎn)錄的pobA/pobR位點(diǎn)感應(yīng)和啟動(dòng)4-羥基苯甲酸降解，促進(jìn)致病”（The phytopathogen Xanthomonas campestris utilizes the divergently transcribed pobA/pobR locus for 4-hydroxybenzoic acid recognition and degradation to promote virulence）已經(jīng)發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊Molecular Microbiology，2020，114（5）：870-886. 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士研究生陳博為兩篇文章的第一作者，何亞文教授為通訊作者，美國(guó)愛(ài)達(dá)荷大學(xué)Alan R. Poplawsky副教授和廣西農(nóng)科院植物保護(hù)研究所李瑞芳副研究員參與了部分研究。

 

　　黃單胞菌屬有26個(gè)種、50多個(gè)亞種，大部分成員是植物病原細(xì)菌，可以侵染400多種主糧和經(jīng)濟(jì)作物，包括水稻、小麥、柑橘、番茄、胡椒、木薯、香蕉、大豆、十字花科蔬菜和油料作物等，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。酚類化合物是植物產(chǎn)生的一類重要的次生代謝產(chǎn)物，參與植物生長(zhǎng)發(fā)育，并在植物受到病原菌侵染后大量合成，參與防衛(wèi)反應(yīng)。因此，黃單胞菌在侵染過(guò)程中會(huì)暴露在大量酚類化合物的作用之下。由于這些酚類化合物具有廣譜抑菌與抗氧化活性，如何拮抗與利用酚類化合物是黃單胞菌成功侵染需要克服的挑戰(zhàn)之一，也是黃單胞菌-植物互作研究中一個(gè)重要的科學(xué)問(wèn)題。

 

　　該研究首先在十字花科植物甘藍(lán)葉片中檢測(cè)出4-羥基肉桂酸（4-HCA）、阿魏酸（FA）、芥子酸（SiA）、咖啡酸（CA）和4-羥基苯甲酸（4-HBA）。野油菜黃單胞菌（Xanthomonas campestris pv. campestris, Xcc）能有效降解這些酚酸類化合物。Xcc中操縱子hcaRHDL編碼一個(gè)MarR家族轉(zhuǎn)錄因子、輔酶A水合酶、脫氫酶和輔酶A連接酶，負(fù)責(zé)將4-HCA、FA和SiA分別轉(zhuǎn)化成為4-HBA、香草酸和丁香酸（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Xcc處于無(wú)酚酸的生長(zhǎng)環(huán)境或附生在植物表面，轉(zhuǎn)錄因子HcaR結(jié)合在hca操縱子啟動(dòng)子Phca “ATTGTATCCATGAAATACAATCTAG”位點(diǎn)，與-10 box重疊，抑制hca操縱子的表達(dá)。當(dāng)Xcc處于富含酚酸的生長(zhǎng)環(huán)境或侵入植物體內(nèi)，酚酸誘導(dǎo)hca操縱子表達(dá)。表達(dá)的HcaL將酚酸轉(zhuǎn)化成酚酸輔酶A，酚酸輔酶A作為效應(yīng)物結(jié)合HcaR，導(dǎo)致HcaR從啟動(dòng)子Phca上的結(jié)合位點(diǎn)釋放下來(lái)，進(jìn)一步促進(jìn)了hca操縱子的表達(dá)，加速酚酸的降解（圖1）。監(jiān)測(cè)hca表達(dá)的報(bào)告菌株XC1::Phca-gusA侵入蘿卜葉片后，可以在葉片中明顯檢測(cè)到GUS活性，表明hca操縱子在Xcc侵染過(guò)程中表達(dá)；敲除hca顯著降低野油菜黃單胞菌在甘藍(lán)和蘿卜上的致病力。

 

　　Xcc能夠繼續(xù)利用pobA/pobR位點(diǎn)編碼的轉(zhuǎn)錄因子PobR感應(yīng)4-HCA降解產(chǎn)物4-羥基苯甲酸（4-HBA），然后誘導(dǎo)4-HBA羥化酶基因pobA表達(dá)，將4-HBA轉(zhuǎn)化為原兒茶酸，繼而通過(guò)pca基因簇逐步轉(zhuǎn)化生成乙酰輔酶A和琥珀酰輔酶A，最終進(jìn)入三羧酸循環(huán)。研究表明，由于pobA基因啟動(dòng)子區(qū)域-10 box和-35 box的間隔堿基太長(zhǎng)（21 bp），RNA聚合酶無(wú)法完全覆蓋整個(gè)啟動(dòng)子區(qū)域，導(dǎo)致pobA無(wú)法正常表達(dá)。需要4-HBA與受體PobR結(jié)合后形成二聚化復(fù)合體，再結(jié)合到pobA基因啟動(dòng)子區(qū)域，協(xié)助RNA聚合酶啟動(dòng)pobA表達(dá)（圖2）。上述研究結(jié)果充分說(shuō)明快速感應(yīng)酚酸的存在并啟動(dòng)酚酸降解和利用途徑在植物病原黃單胞菌侵染過(guò)程中起重要作用，是植物病原黃單胞菌的一類新型致病機(jī)制。

 

　　本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金（No. 31972231和No. 32172355）及上海農(nóng)樂(lè)生物制品股份有限公司的項(xiàng)目資助。

 

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　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/mmi.14585