PMT家族甘露糖转移酶介导的蛋白质O-甘露糖基化调控玉米炭疽病菌发育与致病性的机制研究

本研究针对玉米炭疽病菌（Colletotrichum graminicola）的致病机制，首次系统解析了PMT家族蛋白（CgPMT1/2/4）介导的O-甘露糖基化在真菌发育和侵染过程中的关键作用。通过基因敲除和免疫沉淀-质谱联用技术，发现CgPMTs通过调控鞘脂代谢、自噬、GPI锚定修饰等通路影响菌丝生长、附着胞形成及穿透能力，为开发靶向PMT的绿色杀菌剂提供了理论依据。

　　

玉米是全球重要的粮食作物，但炭疽病每年造成高达10亿美元的经济损失。这种由Colletotrichum graminicola引起的病害，其致病机制尚未完全阐明。有趣的是，病原真菌特有的蛋白质O-甘露糖基化过程在植物中完全缺失，这使其成为潜在的精准杀菌靶点。然而，PMT家族甘露糖转移酶在C. graminicola中的功能网络仍是一片空白。

中国农业科学院植物保护研究所的Jie Mei、Wende Liu团队在《Phytopathology Research》发表的研究，首次揭示了CgPMT1/2/4通过调控多条关键通路影响病原菌的全生命周期。研究人员采用基因敲除、亚细胞定位、qRT-PCR等技术，结合玉米离体接种实验，发现缺失任一CgPMT基因会导致菌丝生长减缓20-50%、孢子形态异常、附着胞穿透能力丧失。

关键技术包括：1）Split-PCR介导的基因敲除；2）ER标记蛋白（RFP-HDEL）共定位验证；3）免疫沉淀-质谱联用（IP-MS）筛选互作蛋白；4）离体玉米叶片接种模型评估致病性。

结果分析
CgPMTs定位与表达特征
通过ER标记共定位证实CgPMT1/2/4均定位于内质网。qRT-PCR显示三者在孢子阶段的表达量最高，侵染过程中持续上调，暗示其对侵染结构的调控作用。

表型缺陷的层级差异
基因敲除株系呈现渐进式表型缺陷：

• △Cgpmt4生长抑制最显著（50%），且对H₂O₂敏感
• △Cgpmt2孢子产量下降最明显
• 三者均导致附着胞穿透失败，但△Cgpmt4在伤口接种中仍无法恢复致病性

分子机制图谱
IP-MS鉴定出632个共同互作蛋白，KEGG分析揭示：

1. 鞘脂代谢：涉及Ceramide合成酶等，影响膜信号传导
2. 自噬：包含ATG8同源物，调控孢子发育
3. GPI锚定修饰：与细胞壁完整性相关
4. 内吞作用：参与营养吸收和极性生长

讨论与意义
该研究建立了PMT-O-甘露糖基化-致病性的分子桥梁：

1. 靶点特异性：CgPMT4独立功能更强，其互作蛋白特异富集过氧化物酶体通路，解释其对氧化应激的敏感性
2. 应用价值：植物中天然缺失PMT家族，使CgPMTs成为抗真菌剂的理想靶标
3. 进化启示：相比稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae），C. graminicola更依赖PMT4，反映病原菌与宿主的协同进化

这项研究为理解炭疽病菌致病机制提供了新视角，其发现的鞘脂代谢等调控节点，为开发多靶点杀菌策略指明了方向。