小麦病原真菌效应蛋白Zt-KP4和Zt-KP6的结构与功能研究揭示真菌中扩展蛋白家族

这篇研究通过X射线晶体学和核磁共振技术解析了小麦病原真菌Zymoseptoria tritici效应蛋白Zt-KP4-1和Zt-KP6-1的三维结构，发现其与玉米黑粉菌病毒编码的致死蛋白UmV-KP4/KP6具有结构同源性。研究建立了基于Foldseek和AlphaFold2的新型分析流程（FHAT），系统鉴定了真菌中KP4和KP6结构超家族，并证实这些效应蛋白具有抑制真菌生长的活性，为理解真菌效应蛋白的进化与功能提供了全新框架。

　　

结构解析揭示新型效应蛋白家族

通过X射线晶体学（分辨率1.36 ?）和核磁共振技术，研究团队成功解析了小麦病原真菌Zymoseptoria tritici的两种效应蛋白——原称Zt-NIP1和Zt-Mycgr3-91409-2的三维结构。令人惊讶的是，这两种蛋白分别展现出与玉米黑粉菌病毒编码的致死蛋白UmV-KP4和UmV-KP6α显著的结构相似性（DALI Z-score分别为7.3和6.7），因此被重新命名为Zt-KP4-1和Zt-KP6-1。

独特的结构特征与功能验证

Zt-KP6-1呈现典型的α/β三明治结构，含有两个α螺旋和四个β链，通过两对二硫键（Cys26-Cys86和Cys43-Cys65）稳定其构象。而Zt-KP4-1则形成更复杂的五链β片层与双α螺旋的组合，其晶体结构中观察到具有生物学意义的二聚体界面（852.2 ?²）。功能实验显示，5.5 μM浓度的Zt-KP4-1对Z. tritici和Botrytis cinerea的生长抑制率分别达95%和91%，而Zt-KP6-1在同等浓度下对B. cinerea抑制率为94%，但对自身病原菌抑制较弱（24%），表明其存在选择性毒性。

基因组规模的结构家族鉴定

研究团队开发了创新的FHAT分析流程（Foldseek-HMMer-AlphaFold-TMalign），系统扫描1014个真菌基因组后，鉴定出3249个KP4蛋白（分为4个结构超家族）和1307个KP6蛋白（分为3个超家族）。其中KP4结构Group 1包含已知的KP4 Pfam域蛋白（如UmV-KP4），Group 2则涵盖ECP2效应蛋白家族；KP6结构Group 1包含AvrLm10A等效应蛋白转运体，Group 2/3则富含抗菌蛋白。值得注意的是，Z. tritici拥有7个KP4和5个KP6同源蛋白，多数在感染小麦叶片期间特异性高表达（如Zt-KP4-1表达量达β-tubulin的25倍）。

进化与功能的新见解

研究发现KP4蛋白在植物中亦有分布，如苔藓Physcomitrium patens的KP4蛋白与真菌KP4聚类。而KP6蛋白的N端α螺旋延伸（UmV-KP6α毒性关键区域）在Zt-KP6-1中缺失，暗示其作用机制分化。通过AMAPEC软件预测，83%的KP6和77%的KP4蛋白可能具有抗菌活性，与实验验证结果相符。

研究意义与展望

该工作首次建立了真菌KP4/KP6效应蛋白的结构分类框架，揭示了这些蛋白在真菌竞争和宿主适应中的潜在双重功能。特别是Zt-KP4-1/Zt-KP6-1在病原菌从活体营养向死体营养转换阶段（9-14 dpi）的高表达特征，暗示其可能在抑制其他内生真菌的同时调控植物免疫。未来研究可进一步探索这些结构保守蛋白在微生物群落互作中的生态学意义，以及其作为新型抗真菌制剂开发靶标的潜力。