水稻稻瘟病菌Magnaporthe oryzae效应蛋白PEP的计算机辅助鉴定与ADP-核糖基化功能表征

本研究针对稻瘟病菌效应蛋白功能未知的难题，通过生物信息学方法从M. oryzae参考蛋白质组中筛选出29个潜在效应蛋白，重点鉴定出具有最高分泌评分(0.94/1.0)和核糖基转移酶毒素结构域的新型效应蛋白PEP。研究发现PEP含有与细菌ADP-核糖基化肠毒素高度相似的催化残基(ARG25/SER77/130GLU/132GLU)，200 ns分子动力学模拟证实其能与NAD+稳定结合(距离2.13-3.06 ?)，首次揭示真菌效应蛋白可能通过ADP-核糖基化机制调控宿主免疫，为稻瘟病防控提供新靶点。

　　

稻瘟病是威胁全球粮食安全的毁灭性病害，每年造成的稻谷损失可养活6000万人。这种由丝状子囊菌Magnaporthe oryzae引起的病害，能侵染水稻所有组织部位，其病原菌通过分泌效应蛋白(effector)逃逸植物免疫的机制尚未完全阐明。更严峻的是，抗病水稻品种往往在推广数年后就因病原菌基因组快速进化而丧失抗性，这主要归因于效应蛋白的变异。目前M. oryzae参考蛋白质组中仍有3777个未表征蛋白，揭示这些潜在效应蛋白的功能机制，成为破解稻瘟病持久防控难题的关键。

为系统挖掘新型效应蛋白，研究人员采用多层级生物信息学策略。首先从UniProt获取M. oryzae参考蛋白质组(UP000009058)，通过DFVF数据库比对筛选出37个与已知毒力蛋白相似度≥30%的未表征蛋白。运用EffectorP 3.0和EffectorP-fungi 3.0机器学习算法鉴定出29个效应蛋白，包括20个胞质效应物(CE)、5个质外体效应物(AE)和4个双定位效应物(CAE)。结合SignalP 5.0信号肽预测、OutCyte 1.0分泌评分及ToxDL毒性域分析，最终锁定分泌评分最高(0.94)、含核糖基转移酶域的XP_003713254.1蛋白作为重点研究对象，命名为PEP。

研究采用AlphaFold DB获取PEP三维结构，通过CASTp 3.0和PrankWeb鉴定功能口袋，SNAP2评估关键残基突变效应。Phmmer域分析揭示其含细菌ADP-核糖基化毒素(bART)结构域，与霍乱弧菌肠毒素(1LTA)和大肠杆菌热不稳定肠毒素(1XTC)的A链结构高度相似。200 ns分子动力学模拟显示PEP结构稳定(RMSD 1-4 ?)，其催化口袋与NAD+形成2.13-3.06 ?的强氢键网络，关键残基ARG25/GLU130/GLU132与NAD+结合率超90%。

功能表征显示PEP具有典型ADP-核糖基化蛋白特征：含保守催化三联体(60HIS/77SER/130GLU/132GLU)，与细菌肠毒素44HIS/63SER/110GLU/112GLU对应；13个MSA保守残基中，5个功能口袋残基与SNAP2预测的关键位点完全重合。结构稳定性分析发现3个疏水簇(23VAL-144ILE等)和4个氢键网络(SER32-ASP30等)，CUPSAT证实这些区域突变会破坏蛋白稳定性。

该研究首次在稻瘟病菌中发现具有ADP-核糖基化潜能的效应蛋白，提出PEP可能通过BIC复合体进入宿主细胞质，利用NAD+对宿主蛋白进行核糖基化修饰从而抑制免疫信号通路的工作模型。相比已知效应蛋白如Avr-Pik(含HMA域)、Slp1(含LysM域)等，PEP展现出独特的细菌样毒素机制，为理解真菌-植物协同进化提供了新视角。

这项发表于《Computational and Structural Biotechnology Reports》的研究，建立了从基因组挖掘到功能验证的效应蛋白研究范式，不仅扩充了稻瘟病菌效应蛋白库，更揭示了真菌可能通过水平基因转移获得细菌样毒力机制的重要线索。未来通过实验室验证PEP的免疫抑制功能，将有助于开发基于效应蛋白靶点的精准防控策略，为保障全球水稻安全生产提供新思路。