PNAS | 中山大学段成国/安徽师范朱晨合作发现真菌蛋白VdHCE1作为MKK5诱饵抑制植物免疫

植物病害在全球范围内每年造成巨大的农业经济损失，其中由大丽轮枝菌（ Verticillium dahliae ）引起的黄萎病是一种毁灭性的土传维管束病害，可侵染棉花、番茄和向日葵等400多种植物。植物依赖丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联信号通路作为核心枢纽，整合PTI和ETI两层免疫反应以抵御病原菌入侵，而病原真菌如何精准破坏这一信号中枢的分子机制此前尚不清楚。

2026年8月2日电，中山大学农业与生物技术学院段成国研究员团队与安徽师范大学生命科学学院朱晨教授团队合作完成了一项题为“A fungal effector inhibits plant MAPK signaling by acting as a decoy substrate of MKK5”的研究。该研究于7月29日发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS），研究团队鉴定出一个大丽轮枝菌分泌的效应蛋白VdHCE1，并发现其能够作为MKK5的诱饵底物竞争性地抑制MPK3/MPK6的磷酸化，从而有效阻断植物的免疫信号传递，该工作揭示了丝状真菌抑制宿主免疫的一种全新策略。

研究团队首先通过遗传学方法验证了VdHCE1在病原菌致病过程中的关键作用。他们构建了大丽轮枝菌VdHCE1基因的敲除突变体，并将这些突变体分别接种到拟南芥和棉花植株上，结果显示突变体菌株引发的病害症状显著减轻，植株体内的真菌生物量也明显低于野生型菌株感染的植株。互补实验则成功恢复了突变体的致病能力，这些结果证实了VdHCE1是大丽轮枝菌实现完全毒力所必需的一个分泌型效应蛋白。团队进一步构建了过量表达VdHCE1的转基因拟南芥植株，发现这些植株对几丁质诱导的MAPK激活、活性氧爆发以及PTI标记基因的表达均表现出显著的抑制，并且对携带效应蛋白AvrRps4的丁香假单胞菌和大丽轮枝菌本身都表现出更强的感病性，表明VdHCE1能够同时抑制PTI和ETI两层免疫反应。

在分子机制层面，研究团队通过免疫共沉淀结合质谱分析的方法，鉴定出拟南芥的MKK5是VdHCE1在植物体内的主要靶标蛋白。酵母双杂交和体内免疫共沉淀实验进一步证实了VdHCE1与MKK5之间存在特异性相互作用，而与其同源蛋白MKK4则没有结合。体外激酶实验表明MKK5可以直接磷酸化VdHCE1蛋白，并通过质谱鉴定出第166位的苏氨酸（T166）是关键的磷酸化位点。当研究团队将T166突变为丙氨酸后，VdHCE1不仅失去了被MKK5磷酸化的能力，其与MKK5的物理互作也随之消失，并且该突变体蛋白丧失了抑制几丁质诱导的MAPK激活的功能。将带有T166A点突变的VdHCE1回补到敲除突变体中，同样无法恢复病原菌的致病力，这些结果说明T166位点的磷酸化对于VdHCE1发挥毒力功能具有决定性的作用。

基于上述发现，研究团队提出了VdHCE1作为诱饵底物的竞争机制模型。体外竞争性激酶实验显示，随着VdHCE1蛋白浓度的增加，MKK5对MPK3和MPK6的磷酸化水平呈现剂量依赖性的下降，而T166A突变体则完全丧失了这种竞争能力。这表明VdHCE1并非通过酶促反应降解或修饰宿主激酶，而是利用自身作为MKK5的底物竞争者，分流了激酶对下游防御信号MPK3/MPK6的磷酸化通量。当研究团队将VdHCE1与已知的免疫激发因子VdEIX3或NLR蛋白RPS2在本氏烟叶片中共表达时，VdHCE1显著抑制了这些激发子诱导的细胞死亡和MAPK激活，并且这种抑制效应具有明显的剂量依赖性。此外，在MKK5基因突变的拟南芥植株中，VdHCE1缺失突变体的毒力缺陷被完全恢复，这从遗传学角度证实了MKK5就是VdHCE1发挥致病功能的关键靶标。

该研究首次阐明了大丽轮枝菌效应蛋白通过模仿底物来竞争性劫持宿主MAPK激酶信号的致病新机制。研究团队发现VdHCE1蛋白在序列上与其他主要农作物病原菌的同源蛋白存在较大差异，但其关键的T166磷酸化位点在进化上高度保守，这反映了病原菌在适应性进化过程中对该功能位点的强烈纯化选择。考虑到MAPK信号通路在植物免疫中的核心地位以及其激酶组分的序列保守性，该研究为通过基因编辑技术修饰MKK5以阻断效应蛋白结合、同时保留其正常免疫调控功能的抗病育种策略提供了重要的分子理论基础和精准的遗传靶点。

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