染色体水平基因组组装揭示甘薯根腐病关键致病因子FfRP752的Fusarium特异性致病机制

为解决甘薯根腐病缺乏有效防治手段和致病机制不明的问题，中国农业大学团队完成了病原菌Fusarium foetens f. sp. batatas DX94的染色体水平基因组组装，鉴定出Fusarium特异性效应蛋白FfRP752。该蛋白通过靶向降解宿主转录因子IbNF-YA3抑制免疫反应，过表达IbNF-YA3可显著增强抗病性。研究为作物抗病育种提供了新靶点，成果发表于《Plant Communications》。

　　

甘薯作为全球重要的粮食作物，其根腐病由土传病原真菌引起，可导致减产30%以上。现有研究仅在中国、美国和韩国分离出少数病原菌如Fusarium solani和F. oxysporum，但缺乏针对甘薯的致病机制解析。更严峻的是，该病害尚无化学防治手段，受侵染田块甚至无法复耕。中国农业大学张欢团队聚焦这一难题，通过对高致病菌株F. foetens f. sp. batatas DX94的深入研究，首次揭示了Fusarium特异性效应蛋白操控宿主免疫的核心机制，相关成果发表在植物学顶级期刊《Plant Communications》。

研究采用多组学联用策略：通过PacBio+Hi-C技术完成47.9 Mbp染色体水平基因组组装（14条染色体，N50达4.26 Mbp）；基于比较基因组学鉴定出25个F. foetens特有基因；结合RNA-seq筛选出关键效应蛋白FfRP752；运用酵母双杂交（Y2H）和染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）等技术解析其作用机制；通过构建基因敲除株和转基因植株验证功能。

【主要发现】

1. 病原菌鉴定与基因组特征
   从北京大兴区病田分离的DX94菌株经多基因（ITS-RPB2-TEF1-α）系统发育分析确认为F. foetens，其基因组含1488个分泌蛋白和310个预测效应因子。特有的L-艾杜糖酸脱氢酶基因FfIdnDH可作为物种特异性分子标记。

2. 关键效应蛋白FfRP752的功能解析
   该蛋白能抑制BAX和INF1诱导的细胞程序性死亡（PCD），其信号肽具有分泌活性。突变体Δffrp752表现出生长缺陷和致病力下降，且侵染部位水杨酸（SA）积累量增加2.3倍。

3. 宿主靶标IbNF-YA3的调控机制
   FfRP752通过F9/A11/Q67关键位点结合核因子IbNF-YA3，并促进其经26S蛋白酶体降解。ChIP-seq发现IbNF-YA3直接调控FERONIA（FER）和RALF等SA信号通路相关基因，解释其抗病功能。

4. 遗传验证与应用潜力
   过表达IbNF-YA3的甘薯品系在田间表现出完整表皮和轻微坏死，而干扰系则出现典型黑腐症状。基于FfRP752结合域设计的突变体FfRP752^{F9K/A11K/Q67K}完全丧失致病性。

这项研究首次绘制了甘薯根腐病菌的精细基因组图谱，阐明Fusarium通过"效应蛋白-转录因子"模块劫持宿主免疫的新机制。发现的IbNF-YA3调控网络为抗病育种提供分子靶标，而FfIdnDH标记可用于病害早期监测。团队建立的染色体水平基因组分析体系，为其他作物土传病害研究提供了范式。值得注意的是，病原菌对SA的敏感性（16 mM抑制生长）暗示生物防治的可能，这为开发绿色防控策略开辟了新途径。