核盘菌中ITC水解酶可增强病原菌的致病力（2020.6.21 Plant Biotechnology Journal ）

几乎所有生物都使用化学防御来抵御其天敌，这样的防御可能会对病原菌微生物的繁殖产生负面影响。植物会使用一种策略在需要时激活无毒原毒素的生产来阻止病原体和草食动物攻击同时避免自身中毒。例如，十字花科植物产生氨基酸衍生的硫代葡萄糖苷（GLs），其在组织受损时被β-硫代葡萄糖苷葡糖水解酶（黑芥子酶）激活产生有毒的异硫氰酸盐（ITC）和腈。这种策略可以防御许多昆虫、食草动物和某些病原体的攻击。但是像菜籽、卷心菜和西兰花等芸苔属作物仍遭受特定昆虫和微生物病原体的严重侵袭。一些专门的食草昆虫和动物可以代谢GL防止毒性ITC形成。但是，大多数草食动物不会阻止GL的活化，而是使用一般的谷胱甘肽（GSH）途径来偶联GL水解产物，从而使其失活。有趣的是，研究证明细菌还可以对ITC水解产物进行解毒，這与草食动物中的细菌明显不同，方法是使用称为ITC水解酶的金属-β-内酰胺酶（MBL）酶将ITC直接降解为羰基硫及其相应的胺。最近，在甲虫中也检测到ITC代谢的次要产物胺和其相应的乙酰化衍生物，但尚不清楚这种转化是由昆虫本身还是与其相关的微生物群落产生的。尽管我们了解昆虫和细菌中的GL代谢，但对GL的真菌代谢以及在十字花科植物中定植的病原真菌如何应对GL及其毒性水解产物知之甚少。

近日德国化学生态研究所在NC上发表”The phytopathogenic fungus Sclerotinia sclerotiorum detoxifies plant glucosinolate hydrolysis products via an isothiocyanate hydrolase”的文章。

该文章利用菌核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）具有很强破坏性和地理分布较广的植物真菌病原体，侵染拟南芥叶片，详细地探究了GL在植物与核盘菌之间相互作用中的作用

首先作者分别用真菌感染野生型和tgg1/tgg2（叶片黑芥子病的缺陷）和myb28/myb29（脂肪族GL缺陷）的突变体。脂肪族GL缺乏的拟南芥myb28/myb29突变体比具有WT GL水平的植物更容易受到感染。tgg1/tgg2突变体上的核盘菌值比野生型植物上的值要高，该突变体缺乏激活GLs的叶片黑芥子酶，但与myb28/myb29上的定植相似。因此，作者推断脂族GL通过其水解产物（ITC）有助于植物抵抗病原真菌。为了确定在真菌感染过程中脂肪族GL和ITC的水平是否发生变化，在菌核和模拟接种的拟南芥中对4MSOB-GL（拟南芥Col-0叶片中最丰富的GL）及其水解产物4MSOB-ITC进行了定量。结果表明GL系统已在感染初期被真菌激活，而后期ITC的水平降低可能是由于真菌降解ITC所致。为了探索真菌如何修饰这些化合物，作者将核糖链球菌培养物分别与4MSOB-GL和4MSOBITC孵育，并通过液相色谱串联质谱法（LC-MS/MS）分析来自培养基的样品。发现核盘菌通过两种ITC转化途径（巯基丙酸结合途径和水解降解途径）降低4MSOB-ITC的浓度。

为了鉴定造成菌核盘菌中ITC降解的相应基因，作者从核盘菌中搜索了已知ITC酶SaxA的菌盘菌蛋白同源物。选择了五个S.sclerotiorum MBL蛋白（SS1G_12040，SS1G_11053，SS1G_01079，SS1G_14439和SS1G_12145）并通过RT-qPCR检测确定了候选基因Ss12040命名为SsSaxA，酶活实验证明SsSaxA可以将ITC作为底物进行水解。为了确定SsSaxA基因的缺失是否影响菌核菌中的ITC代谢，作者还创建了SsSaxA突变的菌株进行实验。将WT和ΔSsSaxA突变体在4MSOB-ITC的液体培养基中进行培养，并通过时间过程比较ITC降解率。结果发现，WT真菌降解4MSOB-ITC的速度明显比ΔSsSaxA突变体快。这些结果表明，SsSaxA负责核盘菌中的ITC水解。为了进一步研究水解途径对ITC真菌耐受性的重要性，分别暴露于一系列浓度分别为4MSOB-ITC和2PE-ITC的乙醇（EtOH）和DMSO溶液中后，测定WT和ΔSsSaxA真菌的生长。在对照板上，WT和ΔSsSaxA突变真菌的生长速率没有显着差异，表明SaxA在正常条件下对于核盘菌的生长和发育不是必需的。但是，在4MSOB-ITC和2PE-ITC均存在的情况下，ITCase缺乏会导致生长显着降低。因此，依赖SsSaxA的ITC排毒可以使核盘菌耐受培养基中的ITC。

综上所述，在本研究中，作者发现植物防御主要由两部分组成。十字花科的GL-黑芥子酶系统在防御真菌感染中起重要作用。GLs对有毒ITC水解产物的活化有助于降低拟南芥对坏死性病原菌S.sclerotiorum的敏感性。