研究发现了导致水稻毁灭性病害的隐形入侵者的秘密

内布拉斯加大学的研究表明，一种破坏水稻的真菌的毒力，以及通过抑制免疫系统的警钟来帮助其逃避检测的忍者样蛋白质的部署，依赖于基因解码的怪癖，这可能是阻止它的关键。林肯。

由理查德·威尔逊 (Richard Wilson) 领导的内布拉斯加州研究小组希望，确定真菌接管水稻细胞过程中一个重要但以前未知的阶段，可以加速稻瘟病的治疗或预防，稻瘟病每年会毁掉全球 30% 的产量。

“我从我的领域的人们那里得到的反应是他们非常兴奋，因为没有人能够解决这个问题，”内布拉斯加州植物病理学教授威尔逊说。

大多数细胞机器或蛋白质以相同的方式分泌：在内质网构建并折叠成接近最终的形式后，它们转移到高尔基体，高尔基体将它们包装并转发到最终目的地。但某些蛋白质会绕过高尔基体，转而采用非常规的、人们知之甚少的途径。威尔逊的团队现已证明，这些非常规途径之一涉及的不是修改分泌蛋白本身，而是修改有助于其构建的分子的遗传密码。

这种分子被称为转移 RNA(tRNA)，它围绕着氨基酸(每种蛋白质的组成部分)，寻找需要其特定货物的蓝图。这些蓝图以三字母代码或密码子的形式存在，由恰当命名的信使 RNA 携带。当 tRNA 遇到并解码密码子与其自身三字母组合相匹配的 mRNA 时，它会卸载相应的氨基酸，将其添加到一串其他氨基酸中，最终产生最终的蛋白质。

不过，在放弃宝贵的货物之前，一些 tRNA 会进行化学改造。一项特别值得注意的修改?在 tRNA 的第三个字母或核苷酸上添加硫 - 特别是当该字母是 U 时，该核苷酸称为尿苷。尽管硫的添加在从酵母到小鼠再到人类的多种生物体中得到了保留和观察，但研究人员尚未确定其所有功能。

Wilson 和他的同事决定发挥一种有根据的预感：tRNA 尿苷的修饰可能对稻瘟病菌(一种引起稻瘟病的真菌)的生长很重要。为了测试其重要性，研究人员采用了经过验证的方法来去除负责修饰的基因，然后寻找突变真菌与其原始对应物之间的任何差异。

该团队的发现甚至超出了他们的预期。一些忍者样蛋白质或效应物消失了，它们是通过非常规途径分泌的，然后渗透到水稻细胞的细胞质中以减轻其先天免疫反应。当研究小组将突变型米曲霉的孢子放置在稻苗上时，这种无效应的真菌在其叶子上仅聚集了微小的病斑——这些病斑比未受影响的剧毒真菌所处理的病斑要小得多。

Wilson 说，硫修饰的 tRNA 可以帮助寻找米霉和其他病原体中的致病效应子。在米霉中，tRNA 与以 AA 结尾的 mRNA 密码子一致匹配，即密码子第二个和第三个位置上的腺嘌呤。然而，该团队知道其他 tRNA 也可以与以 AG 结尾的同义密码子匹配，在匹配时卸载完全相同的氨基酸，而且无需事先添加硫。这就留下了一个问题：到底为什么米霉更喜欢 AA 结尾的密码子而不是 AG 结尾的密码子?

另一项实验将有助于解开这个谜团。研究小组发现，将 AA 结尾的密码子替换为 AG 确实导致米霉恢复了有毒效应蛋白的产生。不幸的是，对于真菌来说，它开始产生如此多的效应器，以至于它们有效地破坏了它们自己的隐形操作，并最终未能促进感染，这是纳米级厨房里太多厨师的结果。事实证明，以 AA 结尾的密码子不仅能够促进效应子的产生，而且还能调节效应器的产生。很明显：隐形蛋白质依赖于硫修饰和它所针对的一种特定的、校准类型的密码子。如果其中一个缺失，整个策略就会崩溃。

由于 mRNA 直接从称为 DNA 的源代码中提取其蓝图，因此分析后者可以让研究人员辨别前者中密码子的存在和普遍性。威尔逊和他的同事们知道米霉在多大程度上依赖以 AA 结尾的密码子来产生侵入水稻细胞细胞质的效应子，因此他们开始在相关基因中寻找它们的迹象。研究小组并没有失望：在一个案例研究中，超过 90% 的细胞质效应子的 AG 和 AA 结尾密码子都属于后一类。

威尔逊说，研究人员可以很容易地找到同样明显的差异，以便追踪更多的效应器——无论是在真菌还是其他病原生物中——这些效应器会持续偷袭。

“植物病理学的目标之一是识别新的效应子并弄清楚它们的功能，这通常是抑制某些植物蛋白的功能或逃避检测，”他说。“然后，如果你在植物中找到了这个目标，你就可以对植物进行改变，使它们更具抵抗力。因此，寻找效应子实际上是寻找持久的植物抗病性。

“我认为，在短期内，我们将利用它来加深对这种非常规分泌途径的理解。这是已知的瘟疫真菌将效应物带入植物细胞的唯一途径，因此，如果你能以某种方式抑制它，那么就能够引起疾病而言，这确实会对真菌有害。”

一位未参与这项研究的著名细胞生物学家将该团队的成就与鲍勃·比蒙 (Bob Beamon) 进行了比较，后者在 1968 年夏季奥运会上比当时的跳远世界纪录高出近 2 英尺。

“这项工作不仅是朝着了解非常规分泌在真菌对植物的致病性中的作用方面迈出的一步，也是一个巨大的飞跃，可与鲍勃·比蒙 (Bob Beamon) 在墨西哥 68 中的 890 厘米相媲美，”Miguel Peñalva 在 X 平台(以前称为“X”)上写道。推特。

威尔逊说，该团队研究的非常规效应途径不仅仅涵盖真菌和植物界。导致许多人类感染疾病(包括疟疾)的寄生原生生物以与米霉相似的方式分泌免疫抑制蛋白。一些癌细胞也使用该途径。威尔逊表示，理想情况下，该团队的研究可以为识别新效应器并了解它们为何成为对抗人类细胞的首选武器的努力提供信息。

“因此，这项工作可以通过多种方式启发很多事情。”他说。

研究人员在《自然微生物学》杂志上报告了他们的发现。理查兹与内布拉斯加州植物病理学系的李刚和纳瓦拉吉·杜拉尔以及中国农业科学院的龚子文共同撰写了这项研究。该团队得到了国家科学基金会的部分支持。

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