小麦是重要的口粮作物。赤霉病严重威胁小麦的产量和品质，其主要致病菌是禾谷镰刀菌。

水杨酸（salicylic acid, SA）是小麦抵御禾谷镰刀菌侵染的重要内源激素之一。我们前期证明禾谷镰刀菌的侵染会导致小麦穗部大量积累SA（Qi et al., 2016），且SA可以通过改变禾谷镰刀菌细胞膜和细胞壁抑制其菌丝的生长和DON毒素的合成（Qi et al., 2012; Zhang et al., 2016, 2017）；而禾谷镰刀菌可以通过高效代谢和向外转运SA应对其胁迫（Qi et al., 2012; Qi et al., 2018, 2019）。

真菌细胞壁参与真菌与宿主的相互作用和免疫识别，影响致病性（如图1a）（Schoffelmeer et al., 1999; Karkowska-Kuleta and Kozik, 2015）。真菌细胞壁具有双层结构，几丁质和甘露糖蛋白分别是内侧和外侧细胞壁的主要成分（Karkowska-Kuleta and Kozik, 2015）。前期研究结果表明SA可通过抑制几丁质的合成破坏禾谷镰刀菌的细胞壁内侧结构（Zhang et al., 2016），尚不清楚细胞壁外侧在应对SA胁迫中的作用。

分析以SA作为碳源条件下禾谷镰刀菌的表达谱，发现一个可能的甘露糖蛋白基因（FG05_11315；FgCWM1）。FgCWM1的表达量在禾谷镰刀菌侵染小麦的过程中较高（Harris et al., 2016），且受SA诱导；聚类分析初步证明FgCWM1的蛋白序列与酵母的甘露糖蛋白关系密切（如图1b）。创制FgCWM1的敲除突变体（ΔFgCWM1）和回复突变体（C-FgCWM1），发现ΔFgCWM1在含有SA的培养基上的菌丝生长显著减缓（如图2a）；亚细胞定位表明FgCWM1蛋白位于细胞壁（如图2c）；电子显微镜观察发现FgCWM1功能缺失导致禾谷镰刀菌细胞壁外侧缺陷（如图2d）。

比较野生型、敲除突变体和回复突变体细胞壁甘露糖和细胞壁蛋白含量，发现FgCWM1的缺失导致禾谷镰刀菌细胞壁甘露糖和蛋白含量显著降低；SA可显著增加细胞壁的甘露糖和蛋白含量，与SA上调FgCWM1基因表达一致（如图3）。这证明FgCWM1基因编码甘露糖蛋白，且禾谷镰刀菌可通过增加细胞壁外侧甘露糖蛋白的合成应对SA胁迫。

将野生型和突变体菌株接种小麦穗部，比较其致病性、DON毒素合成和SA积累。发现FgCWM1基因的缺失导致禾谷镰刀菌致病性减弱，但DON毒素的合成不受影响（如图4）；导致小麦穗部积累更多SA。这进一步说明FgCWM1基因和细胞壁外侧在禾谷镰刀菌应对SA胁迫中起关键作用。

该结果于2019年10月29日发表在毒素类一区杂志Toxins上（Fusarium graminearum FgCWM1 Encodes a Cell Wall Mannoprotein Conferring Sensitivity to Salicylic Acid and Virulence to Wheat）。

该研究得到国家自然科学基金（31901961和31671677）的资助。

文章链接：https://www.mdpi.com/2072-6651/11/11/628/htm