稻熱病菌（Magnaporthe oryzae）如何破壞植物的免疫系統

 

稻熱病的菌斑。圖片來源：維基百科

稻熱病（rice blast）為水稻病害之一，病原為Magnaporthe oryzae或M. grisea。稻熱病能對水稻造成嚴重的感染，也能感染小麥、裸麥、大麥與御穀等作物，每年均造成嚴重的經濟損失。

最近科學家發現在稻熱病菌（M. oryzae）中有兩個「核效應蛋白」（nuclear effector），MoHTR1與MoHTR2，會藉由改變稻米的基因轉錄（transcription）來改變稻米的免疫反應，從而讓自己更能有效地感染稻米。過去對這類的「效應蛋白」的主要資訊來自「質外體效應蛋白」（apoplastic effector，在細胞壁發揮功能）與「細胞質效應蛋白」（cytoplasmic effector），對核效應蛋白所知不多。

研究團隊從稻熱病菌中抓出1895個帶有分泌信號以及核酸結合域（DNA binding domain）的基因，經過進一步篩選後留下20個基因，再對照稻熱病菌不同時期的基因表現進行篩選，最後得到兩個只在感染期中表現、也在「活體營養表面複合體」（biotrophic interfacial complex，BIC，為稻熱病感染時形成的一種高度局部化的結構）中表現的基因，即MoHTR1與MoHTR2。

研究團隊發現，這兩個核效應蛋白由「活體營養表面複合體」分泌，接著進入最初感染以及周圍細胞的細胞核。進入細胞核後，它們會與植物基因體上的相關序列（MoHTR1：CAATCTTC，MoHTR2：CCACCTCC）結合，從而改變植物的免疫相關基因表現，造成水稻更容易被稻熱病菌與水稻細菌性條斑病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）感染，但對造成稻胡麻葉枯病的稻長蠕孢黴（Cochliobolus miyabeanus）有抗性。

過去對稻熱病菌的研究只發現過質外體效應蛋白與細胞質效應蛋白，本篇研究報告是第一次發現稻熱病也會製造核效應蛋白，經由改變水稻細胞的基因轉錄，來讓水稻更容易被稻熱病菌感染。

參考文獻：

Kim, S., Kim, CY., Park, SY. et al. Two nuclear effectors of the rice blast fungus modulate host immunity via transcriptional reprogramming. Nat Commun 11, 5845 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-19624-w