一种隐蔽的入侵者：转录组学揭示了Cercospora zeina对玉米的隐秘感染策略及其免疫激活效应子

《Frontiers in Plant Science》：A latent invader: transcriptomics revealsCercospora zeina’s stealth infection strategy of maize and immune-activating effectors

玉米灰叶斑病菌Cercospora zeina的潜伏期后迅速积累生物量，并呈现两波基因表达：早期涉及细胞生长与免疫逃逸，中期和后期则富集于解毒、细胞壁降解及坏死效应蛋白。通过RNA测序和效应蛋白瞬时表达验证，CzEcp2、CzNIS1a和CzNIS1b可诱导非宿主植物细胞死亡，且CzNIS1a的信号肽对其功能至关重要。

　　在非洲地区，玉米灰斑病（Gray Leaf Spot, GLS）是一种对玉米生产造成重大影响的植物病害。这种病害由一种名为*Cercospora zeina*的真菌引起，它能够通过玉米叶片的气孔侵入植物体并在此期间保持无症状的潜伏状态，持续长达28天后才出现症状。尽管已有大量关于该病害的研究，但*C. zeina*在潜伏期的行为模式仍不清楚。因此，本研究通过转录组学方法对*C. zeina*在玉米植株中的生长过程进行分析，并探讨其效应子如何促进这一过程。研究使用了非洲参考菌株CMW25467，并对B73玉米自交系进行了时间序列实验，收集样本进行深度RNA测序，以揭示其在植物中的生长机制和效应子功能。

本研究的核心发现之一是*C. zeina*在潜伏期的基因表达模式与随后的生长阶段存在显著差异。通过转录组分析，研究团队观察到两种明显的转录波。第一波主要涉及细胞生长、维持和免疫逃逸相关的基因表达，而第二波则富含与解毒和碳水化合物分解相关的基因。这一发现表明，*C. zeina*在潜伏期可能采取了一种较为隐蔽的生长策略，以避免被宿主免疫系统识别，而当症状出现后，其代谢活动显著增强，表现出快速的生物量积累。这一结果为理解*C. zeina*在宿主中的潜伏和生长机制提供了新的视角。

研究进一步筛选出140个可能的效应子基因，并发现这些基因大多在中后期阶段显著上调。其中，三个效应子基因（CzEcp2、CzNIS1a和CzNIS1b）在烟草等非宿主植物中短暂表达时能够诱导植物免疫反应，导致细胞死亡。这一现象表明，这些效应子可能具有诱导宿主防御的潜力，尽管它们在玉米宿主中可能并不直接引发疾病。值得注意的是，CzNIS1a效应子需要信号肽才能在烟草中发挥作用，暗示其可能是分泌到细胞壁中起作用的。相比之下，CzNIS1b的N端具有与CzNIS1a高度相似的结构域，而C端则由四个α螺旋组成，这表明它可能具有独特的功能特性。

在结构功能预测方面，CzNIS1a和CzNIS1b均被预测为具有特定的细胞壁定位特征。此外，CzNIS1b的C端结构域具有与已知效应子无明显相似性的特点，且仅在Mycosphaerellaceae科中出现。这些发现表明，CzNIS1b可能具有特定的宿主适应性功能，其表达模式和结构特征可能与*C. zeina*的潜伏和转化到腐生营养阶段的策略密切相关。此外，CzEcp2的结构与另一种真菌效应子DsEcp2高度相似，暗示其可能具有类似的免疫诱导功能。

这些效应子的表达模式与*C. zeina*的生命周期阶段密切相关。例如，CzNIS1a和CzNIS1b在烟草中诱导细胞死亡的现象，表明它们可能通过靶向宿主细胞中的保守结构或过程来激活免疫反应。然而，由于*C. zeina*在玉米宿主中并未表现出类似的免疫激活现象，这可能意味着这些效应子在玉米宿主中具有不同的作用机制。这种差异可能与玉米和烟草之间的进化距离有关，导致这些效应子在玉米中不被识别，但在烟草中却能够触发防御反应。

通过基因表达分析，研究还发现*C. zeina*在感染过程中经历了从生物营养到腐生营养的转变。在潜伏期，其基因表达主要集中在细胞周期调控、染色体组织和DNA复制等与生长相关的活动，而在症状出现后，其基因表达则转向与解毒和碳水化合物代谢相关的活动。这种基因表达模式的变化可能反映了*C. zeina*在宿主中适应环境变化的策略，即通过减少自身的免疫逃逸活动来增加对宿主细胞的侵袭性。

此外，研究还探讨了*C. zeina*在不同培养条件下的基因表达差异。通过比较在玉米种植环境和人工培养条件下的表达数据，发现*C. zeina*在自然环境中表达的基因与在人工培养条件下的表达模式存在显著差异。这表明，该真菌在自然环境中可能具有更复杂的适应性策略，以应对宿主和环境的挑战。

综上所述，本研究揭示了*C. zeina*在玉米感染过程中的转录组变化及其效应子的功能特性。这些发现不仅有助于理解*C. zeina*的潜伏和腐生营养策略，还为未来研究其感染生物学提供了基础。通过进一步探索这些效应子的具体作用机制，研究人员可以更好地理解*C. zeina*如何在宿主中建立感染并导致病害的发生。这将为开发新的抗病策略和控制措施提供重要的理论支持和实践指导。