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为探究白粉菌效应蛋白操纵乙烯信号机制，海南大学研究人员以橡胶树 - 白粉菌为研究对象，发现 Eae1 可降低乙烯水平、削弱免疫反应，通过靶向 S - 腺苷甲硫氨酸合成酶（SAMS）发挥作用。该研究揭示了白粉菌致病新机制，为防控白粉病提供新思路。
在植物的微观世界里，一场无声的 “战争” 时刻都在上演。白粉菌，作为一类让众多植物闻风丧胆的病原体，每年都给农业生产带来巨大的经济损失。它们寄生在植物上，如同狡猾的侵略者，依靠植物的活组织来完成自己的生命周期。当白粉菌的分生孢子附着在植物组织表面后，便会迅速萌发出特殊结构 —— 吸器，这些吸器就像一个个 “吸管”，深入植物组织内部，肆意摄取营养，同时还与植物进行着复杂的分子交换。
在这场植物与白粉菌的 “战争” 中，植物自身也有着一套免疫防御系统，而乙烯作为其中重要的 “信使”，在调节植物对病原体的免疫反应中发挥着关键作用。可一直以来，科学家们都对一个问题感到困惑：白粉菌究竟是如何利用自身的效应蛋白，巧妙地操纵乙烯信号通路，从而突破植物的免疫防线的呢？这个问题就像一团迷雾，笼罩在植物病理学研究的领域，亟待解开。
为了揭开这层神秘的面纱，海南大学的研究人员挺身而出，开展了一项意义重大的研究。他们将目光聚焦在橡胶树（Hevea brasiliensis）和寄生其上的白粉菌（Erysiphe quercicola）上。经过不懈努力，研究取得了令人瞩目的成果。研究发现，一种名为乙烯相关效应蛋白 1（ethylene-associated effector 1，Eae1）的效应蛋白，是白粉菌破坏植物免疫的 “秘密武器”。Eae1 能够降低橡胶树体内的乙烯水平，进而削弱植物的免疫反应，让白粉菌更容易入侵。这一发现，就像找到了白粉菌致病机制的关键 “钥匙”，为后续深入研究和防控白粉病奠定了坚实基础。该研究成果发表在《Phytopathology Research》杂志上。
研究人员在此次研究中，运用了多种关键技术方法。首先是基因沉默技术，包括宿主诱导的基因沉默（host-induced gene silencing，HIGS）和喷雾诱导的基因沉默（spray-induced gene silencing，SIGS），通过向植物施加双链核糖核酸（dsRNA）来抑制特定基因的表达，从而探究基因功能。其次是蛋白质互作研究技术，利用酵母双杂交（Y2H）、双分子荧光互补（BiFC）、免疫共沉淀（Co-IP）和 pull-down 分析等实验，确定蛋白质之间的相互作用关系 。另外，还借助液相色谱 - 串联质谱（LC-MS/MS）分析技术，鉴定与 Eae1 相互作用的植物蛋白。
下面来详细看看研究结果：
- 乙烯增强橡胶树对白粉菌的抗性：研究人员给橡胶树叶片外源施加乙烯释放剂乙烯利（ethephon）和乙烯直接前体 1 - 氨基环丙烷 - 1 - 羧酸（ACC），发现它们能显著降低白粉菌的感染程度。相反，使用乙烯生物合成抑制剂氨基乙氧基乙烯基甘氨酸（AVG）处理叶片，橡胶树对白粉菌的易感性明显增加。同时，乙烯利和 ACC 处理还能诱导橡胶树叶片产生免疫反应，如活性氧（ROS）积累和胼胝质沉积。这表明，无论是外源还是内源性的乙烯，都能激活橡胶树对白粉菌的抗性。
- 乙烯响应白粉菌感染：为了探究哪些植物激素会响应白粉菌感染，研究人员构建了 β - 微管蛋白基因（EqTub2）沉默的白粉菌菌株。通过液相色谱分析发现，该菌株能强烈诱导橡胶树体内水杨酸（SA）和 ACC 含量升高，而脱落酸（ABA）和茉莉酸（JA）水平未被诱导。这进一步证实了乙烯参与调节植物对白粉菌的抗性。
- CSEP01552（Eae1）调控植物乙烯水平：研究人员通过一系列实验，筛选出了对乙烯产生有重要影响的候选分泌效应蛋白 CSEP01552，后将其命名为 Eae1。在本氏烟草（Nicotiana benthamiana）中，Eae1 能够抑制由激发子 INF1 诱导的超敏反应（HR），并下调乙烯相关基因的表达。在橡胶树与白粉菌的互作实验中，沉默 Eae1 基因会导致感染部位乙烯含量升高，而 AVG 处理可恢复 Eae1 基因沉默菌株的生长和感染能力。由此可见，Eae1 是抑制植物乙烯产生的关键因子。
- Eae1 抑制植物免疫反应：研究发现，Eae1 在多种白粉菌物种中存在同源物。在白粉菌接种橡胶树叶片后，Eae1 的表达量会显著上调，且乙烯利处理会使其表达量更高，这表明 Eae1 的表达与乙烯介导的免疫强度呈正相关。沉默 Eae1 基因后，白粉菌在橡胶树叶片上的致病性明显降低，同时叶片中 ROS 产生和胼胝质沉积增加，说明 Eae1 在抑制植物免疫反应中发挥着重要作用。
- Eae1 的分泌特性和叶绿体定位：通过生物信息学预测和实验验证，Eae1 含有 N 端信号肽，能够分泌到细胞外，是一种分泌蛋白。在本氏烟草叶片中表达 Eae1 - GFP 融合蛋白后发现，Eae1 不仅定位于细胞质，还能特异性地定位于叶绿体。进一步实验表明，Eae1 可以被转运到橡胶树叶绿体中，这为其后续与叶绿体蛋白相互作用提供了可能。
- Eae1、HbAIG1 和 HbSAMS5 之间的相互作用：研究人员通过 pull-down 实验结合 LC-MS/MS 分析，发现 Eae1 能与叶绿体转位酶 HbAIG1 和 S - 腺苷甲硫氨酸合成酶（SAMS）家族成员 HbSAMS5 相互作用。多种实验方法验证了 Eae1 与 HbAIG1 之间存在明显的相互作用，而 Eae1 与 HbSAMS5 可能存在间接相互作用，且 HbAIG1 可能在二者之间起到连接作用。
- HbSAMS5 在乙烯生物合成中的重要作用：研究人员利用 SIGS 技术沉默橡胶树中的 HbSAMS5 基因，发现接种白粉菌后，叶片中乙烯和 ACC 含量显著降低。在本氏烟草中表达 HbSAMS5 - GFP 融合蛋白，能够诱导 ROS 积累，并提高乙烯和 ACC 水平。这充分证明了 HbSAMS5 在促进乙烯生物合成中起着至关重要的作用。
- Eae1 促进 HbSAMS5 的不稳定：在本氏烟草中共同表达 Eae1 和 HbSAMS5，结果显示 Eae1 能够抑制 HbSAMS5 诱导的乙烯和 ACC 水平升高。进一步研究发现，Eae1 能够降低 HbSAMS5 的蛋白丰度，且这种作用依赖于橡胶树叶片细胞溶质提取物的存在，表明 Eae1 可能通过促进植物降解系统对 HbSAMS5 的识别和降解，而非直接水解 HbSAMS5 来发挥作用。
研究结论和讨论部分指出，乙烯在橡胶树对白粉菌的抗性中起着关键作用，Eae1 作为白粉菌的效应蛋白，通过与 HbAIG1 和 HbSAMS5 形成复合物，促进 HbSAMS5 的降解，进而抑制乙烯生物合成，削弱植物免疫反应。这一研究揭示了白粉菌干扰植物乙烯介导的免疫机制，为深入理解植物与病原体互作提供了新视角。此外，研究还发现其他病原体也会操纵植物 SAMSs 等乙烯生物合成途径的相关成分，进一步凸显了乙烯在植物免疫中的复杂调控作用。该研究成果对于开发新的白粉病防控策略具有重要意义，通过调控乙烯水平有望为白粉病防治开辟新的方向，为农业生产中的植物保护提供更有效的理论支持和实践指导。
