疫霉属 XEG1/XLP1基因特异性选择：解锁宿主适应性与宿主范围多样性的奥秘

为探究疫霉属（Phytophthora）宿主适应性及宿主范围差异的遗传机制，研究人员聚焦 XEG1/XLP1基因对展开研究。结果表明，该基因对起源于疫霉属，其特异性选择压力与宿主适应性和宿主范围多样性密切相关。这为深入理解疫霉属与植物互作提供关键依据。

　　在自然界中，植物病害常常给农业生产带来巨大损失，其中疫霉属（Phytophthora）病原菌就是植物的一大 “杀手”。疫霉属大约在 7000 万年前分化出来，属于卵菌纲，包含 180 种已知物种，能感染各种各样的植物，从农作物到树木、观赏植物都不放过，其宿主范围差异极大，从仅感染 1 种到多达 327 种宿主物种。在疫霉属与植物的这场 “战争” 中，XEG₁（木葡聚糖特异性内切葡聚糖酶，Xyloglucan-specific Endoglucanase）和 XLP₁（PsXEG₁类似蛋白，PsXEG₁-Like Protein）这两个蛋白扮演着重要角色。

一直以来，科学家们对疫霉属病原菌的致病机制以及它们与植物之间的相互作用十分好奇。尤其是 XEG₁/XLP₁基因对在疫霉属的宿主适应和宿主范围差异方面到底起到怎样的作用，这一问题始终没有得到明确解答。为了揭开这些谜团，南京农业大学的研究人员开展了一系列深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们深入了解疫霉属病原菌与植物的关系提供了重要线索。

研究人员主要运用了多种技术方法来开展研究。在序列分析方面，通过对多种卵菌物种的蛋白质组数据进行检索和分析，确定 GH12 家族蛋白的分布情况。利用系统发育分析构建进化树，探究基因的进化历程。采用定点突变技术，对 XEG₁/XLP₁基因的关键位点进行突变，研究其功能变化。还借助农杆菌介导的瞬时表达技术，在本氏烟（Nicotiana benthamiana）中表达相关蛋白，分析其功能。

XEG₁/XLP₁基因对在疫霉属中的起源和功能分化

研究人员分析了 66 种卵菌物种的 GH12 家族蛋白，发现多数 GH12 蛋白序列仅存在于植物病原菌中，疫霉属中该蛋白的数量最为丰富。通过构建系统发育树发现，疫霉属的 XEG₁和 XLP₁形成独立分支，且经历了纯化选择。进一步的基因组分析确认，XEG₁/XLP₁基因对起源于疫霉属。在功能分析实验中，研究人员利用农杆菌介导的瞬时表达技术，在本氏烟中表达不同疫霉物种的 XEG₁和 XLP₁。结果显示，它们在诱导细胞死亡、触发防御基因表达和产生还原糖等方面存在差异，表明 XEG₁/XLP₁基因对在不同疫霉物种中功能出现了分化。

XEG₁和 XLP₁祖先节点的功能分化

为了研究 XEG₁和 XLP₁在疫霉进化过程中的功能分化，研究人员重建了它们的祖先基因（XEG_a、XLPa 和 XELa）。实验表明，这些祖先基因能够诱导细胞死亡，且与现代的 XEG₁/XLP₁在结构上存在一定差异。通过在大豆疫霉（P. sojae）中用 XELa 替换 PsXEG₁或 PsXLP₁，发现会降低大豆疫霉的毒力，证实了祖先基因功能的分化。研究人员还重建了疫霉进化节点上的 XEG₁和 XLP₁祖先基因，分析其功能变化。结果发现，XLP₁分支的祖先节点在诱导防御基因表达和产生还原糖的能力下降，而 XEG₁分支在免疫相关功能上出现上调，但产生还原糖的过程没有明显规律。通过分析氨基酸位点变异与表型的相关性，发现特定氨基酸位点的突变与功能变化密切相关。

XEG₁/XLP₁选择压力位点在疫霉宿主范围中的作用

研究人员使用 MEME 方法分析 XEG₁/XLP₁基因对的选择压力，鉴定出 14 个正选择位点。这些位点与宿主防御分子的结合位点大多不重叠，表明它们的分化可能由其他进化因素驱动。通过构建祖先基因和现代基因的双向突变体，研究发现正选择位点影响 XEG₁/XLP₁产生还原糖和诱导细胞死亡的能力。对不同宿主范围的疫霉物种进行多变量统计分析，发现 31 个氨基酸位点与宿主范围变异相关，其中 3 个正选择位点（45、88 和 103 位）与之密切相关。以辣椒疫霉（P. capsici）为例，对其 45 位正选择位点进行突变分析，发现突变体在部分植物上的致病性显著降低，在烟草和豌豆上几乎没有定殖扩展，说明这些正选择位点有助于病原菌宿主范围的形成。研究人员还在自然疫霉种群中检测到 XEG₁/XLP₁的正选择位点突变，表明自然种群中存在对该基因对的选择压力。

XEG₁/XLP₁选择压力位点在疫霉宿主适应性中的作用

选择大豆疫霉 XEG₁的 31 位和 XLP₁的 45 位正选择位点进行突变，构建突变体。实验显示，突变体的致病性降低，表明这些位点有助于疫霉的宿主适应性。在自然大豆疫霉种群中，62 位正选择位点存在天然突变。研究人员对该位点进行突变分析，发现不同突变对大豆疫霉的致病性有不同影响，进一步证明了正选择位点对疫霉宿主适应性的重要作用。

研究结论表明，疫霉属对 XEG₁和 XLP₁的特异性选择压力不仅与宿主适应性密切相关，还与宿主范围多样性紧密相连。XEG₁/XLP₁基因对起源于疫霉属，在进化过程中功能发生分化，正选择位点在其中起到关键作用。这一研究成果为理解疫霉属与植物的共进化机制提供了重要依据，有助于我们更好地防控疫霉属病原菌引起的植物病害。同时，研究也指出，疫霉属宿主范围的动态变化可能受多种因素影响，未来还需要更多研究来深入探索。