近日，中國植物病理學(xué)會與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合出版的英文國際期刊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)院何亞文教授團隊的研究文章“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，該項研究的姊妹篇文章“黃單胞菌利用反向轉(zhuǎn)錄的pobA/pobR位點感應(yīng)和啟動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，美國愛達(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個種、50多個亞種，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，黃單胞菌在侵染過程中會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重要的科學(xué)問題。

 

　　該研究首先在十字花科植物甘藍(lán)葉片中檢測出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處于無酚酸的生長環(huán)境或附生在植物表面，轉(zhuǎn)錄因子HcaR結(jié)合在hca操縱子啟動子Phca “ATTGTATCCATGAAATACAATCTAG”位點，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從啟動子Phca上的結(jié)合位點釋放下來，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hca表達(dá)的報告菌株XC1::Phca-gusA侵入蘿卜葉片后，可以在葉片中明顯檢測到GUS活性，表明hca操縱子在Xcc侵染過程中表達(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基因啟動子區(qū)域-10 box和-35 box的間隔堿基太長（21 bp），RNA聚合酶無法完全覆蓋整個啟動子區(qū)域，導(dǎo)致pobA無法正常表達(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基因啟動子區(qū)域，協(xié)助RNA聚合酶啟動pobA表達(dá)（圖2）。上述研究結(jié)果充分說明快速感應(yīng)酚酸的存在并啟動酚酸降解和利用途徑在植物病原黃單胞菌侵染過程中起重要作用，是植物病原黃單胞菌的一類新型致病機制。

 

　　本研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金（No. 31972231和No. 32172355）及上海農(nóng)樂生物制品股份有限公司的項目資助。

 

　　論文鏈接：

 

　　PR論文鏈接：

 

　　https://phytopatholres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s42483-022-00119-z

 

　　MM論文鏈接：

 

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