PeCdc42基因的缺失通过调节苹果果实中宿主的活性氧代谢，降低了Penicillium expansum菌的致病性

《Postharvest Biology and Technology》：Deletion of PeCdc42 reduces Penicillium expansum pathogenicity in apple fruit by modulating host reactive oxygen species metabolism

Cdc42在青霉病中的调控机制及对苹果采后ROS代谢的影响研究，通过构建突变体和表型分析发现其调控ROS动态平衡的关键作用。

　　这项研究聚焦于一种名为*Penicillium expansum*（扩展青霉菌）的病原真菌，它对温带水果的采后腐烂具有显著的破坏性。研究团队通过分析该菌株的Cdc42基因缺失突变体（ΔPeCdc42）及其补救突变体（ΔPeCdc42-C）对苹果果实中活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）代谢的影响，揭示了Cdc42基因在病原体与宿主相互作用中的关键作用。研究采用多种实验方法，包括转录组分析、ROS相关酶活性检测、非酶抗氧化系统评估以及ROS含量测定，以全面了解Cdc42基因缺失如何影响病原体的致病性及宿主的氧化应激反应。

在感染的早期阶段，ΔPeCdc42突变体感染苹果果实后，明显抑制了病斑的扩展，同时减弱了其致病能力。研究发现，ΔPeCdc42感染会增强苹果果实中催化酶（如过氧化氢酶CAT、过氧化物酶POD）和ASA-GSH循环相关酶的活性，从而加速ROS的积累。这一过程触发了宿主的防御机制，使其对病原体的侵袭产生更强的抵抗力。值得注意的是，Cdc42基因的缺失还抑制了水通道蛋白基因的表达，这种蛋白通常在细胞中负责调节水分和ROS的运输。因此，水通道蛋白表达的降低可能导致ROS在细胞内的局部积累，进一步增强了宿主的防御反应。

然而，在感染的后期阶段，ΔPeCdc42突变体感染的果实表现出较低的ROS含量、减少的细胞膜渗透性以及较低的丙二醛（MDA）水平。这些变化表明，病原体的Cdc42基因缺失有助于减轻氧化损伤，并维持宿主的氧化还原平衡。MDA是脂质过氧化的标志性产物，其水平降低意味着细胞膜的完整性得到了更好的保护。这一发现进一步说明，Cdc42基因在病原体与宿主相互作用中扮演着复杂的调控角色，其缺失不仅影响了病原体自身的生长和侵袭能力，还改变了宿主细胞的ROS代谢路径。

*Penicillium expansum*作为温带水果采后病害的主要致病菌之一，其快速传播特性导致了严重的蓝霉病和经济损失。在感染过程中，该菌株会显著改变宿主的ROS代谢，例如通过增强NADPH氧化酶（NOX）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性，以及促进ASA-GSH循环，提高苹果果实中的O?•-和H?O?水平，同时增加细胞膜的渗透性。类似的现象也出现在梨等其他水果中，表明*P. expansum*感染可能具有一定的普遍性，能够通过调控ROS的产生和清除来重塑宿主的氧化还原状态。

基因缺失研究进一步揭示了*P. expansum*中某些基因在调控宿主ROS动态中的作用。例如，*PacC*基因的缺失突变体在感染过程中激活了NOX、SOD、CAT、POD以及ASA-GSH循环相关酶的表达，改变了ROS的积累模式。这些发现表明，病原体自身的一些基因可能在调控宿主防御反应中发挥重要作用，而Cdc42基因可能正是其中的关键因子之一。尽管已有研究表明Cdc42在真菌的生长、发育和致病性中具有核心作用，但其对宿主ROS代谢的具体影响机制尚未被完全阐明。

Cdc42属于Rho GTPase家族，是一类在真菌中发挥重要作用的小GTP酶。这类蛋白质通常作为细胞内的分子开关，通过与GDP和GTP的结合状态变化来调控细胞极性、信号传导和形态发生等过程。Cdc42在真菌中的主要功能包括调节细胞骨架的重构、囊泡运输以及菌丝体的形成。在植物病原真菌中，Cdc42不仅影响菌丝体的生长和孢子的形成，还通过MAPK和cAMP信号通路调控ROS的产生和病原体与宿主的相互作用。在之前的实验中，研究团队发现Cdc42基因的缺失会抑制*P. expansum*的cAMP信号通路，导致菌丝体扭曲、孢子收缩、萌发延迟、胞外酶表达降低以及菌体内ROS水平下降，从而显著削弱其对苹果和梨果实的致病能力。

尽管已有研究揭示了Cdc42在病原体致病性中的重要性，但其如何具体影响宿主ROS代谢和运输仍是一个未解之谜。为此，研究团队选择苹果果实作为模型系统，评估ΔPeCdc42和ΔPeCdc42-C突变体对宿主ROS动态的影响。他们结合转录组分析、ROS相关酶活性检测、非酶抗氧化系统评估以及ROS含量测定等多种手段，全面探讨了Cdc42基因在不同感染阶段对ROS产生、清除和运输的作用机制。

在感染的早期阶段，ΔPeCdc42突变体感染的苹果果实表现出ROS水平的显著升高，同时伴随着催化酶和ASA-GSH循环相关酶活性的增强。这些变化不仅加速了ROS的积累，还激活了宿主的防御反应，使果实对病原体的侵袭产生更强的抵抗力。相比之下，ΔPeCdc42-C突变体（即Cdc42基因被补救的菌株）则表现出与野生型菌株相似的感染模式，说明Cdc42基因的表达对于维持正常的ROS代谢和致病性至关重要。

在感染的后期阶段，ΔPeCdc42突变体感染的果实ROS含量显著降低，细胞膜渗透性也有所改善，同时MDA水平下降，表明氧化损伤得到了有效缓解。这些变化表明，Cdc42基因的缺失不仅在感染初期影响了ROS的积累，还在感染后期通过增强抗氧化系统的活性，帮助宿主维持氧化还原平衡。这种双向调控机制可能是*P. expansum*感染过程中ROS代谢变化的关键所在。

此外，研究还发现，ΔPeCdc42突变体在感染过程中对宿主的ROS代谢具有显著的调控作用。具体而言，该突变体能够增强NOX和SOD的活性，促进ROS的快速产生，同时刺激CAT、POD、Trx、Grx等抗氧化酶的表达，以及ASA-GSH循环的激活，从而提高宿主的抗氧化能力。这些发现表明，Cdc42基因可能通过调节宿主的ROS代谢来影响病原体的致病性，为理解病原体与宿主之间的互作提供了新的视角。

综上所述，这项研究揭示了Cdc42基因在*P. expansum*感染苹果果实过程中对宿主ROS代谢的双重调控作用。在感染初期，Cdc42基因的缺失导致ROS水平升高，激活宿主的防御机制；而在感染后期，该突变体则通过增强抗氧化系统的活性，减少ROS的积累，从而减轻氧化损伤并维持细胞膜的完整性。这些发现不仅深化了我们对*P. expansum*致病机制的理解，还为开发针对采后病害的新型管理策略提供了理论依据。特别是，Cdc42基因的缺失可能成为调控病原体致病性的潜在分子靶点，为未来研究病原体与宿主之间的信号交流提供了新的方向。