硫化氢介导的蛋白质S-硫巯基化调控稻瘟病菌侵染力与自噬的分子机制

本研究揭示了稻瘟病菌中硫化氢(H2S)通过S-硫巯基化修饰自噬相关蛋白ATG18（Cys78位点），负调控自噬过程并影响侵染结构的成熟。通过定量蛋白质组学鉴定1034个S-硫巯基化蛋白，阐明H2S信号通过改变ATG18与磷脂酰肌醇3-磷酸(PtdIns(3)P)的结合活性调控病原菌致病性，为真菌病害防控提供新靶点。

　　

稻瘟病是威胁全球水稻生产的毁灭性病害，其病原菌稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)通过特殊侵染结构附着胞(appressorium)穿透植物组织。尽管已知自噬(autophagy)在附着胞成熟中起关键作用，但气体信号分子硫化氢(H₂S)及其介导的蛋白质翻译后修饰S-硫巯基化(persulfidation)在真菌中的调控机制仍是未解之谜。传统观点认为H₂S主要参与动植物生理调控，而其在病原真菌中的功能鲜有报道。

为解决这一科学问题，中国某高校的研究团队在《Nature Communications》发表研究，首次揭示H₂S通过S-硫巯基化修饰自噬相关蛋白ATG18的Cys78位点，负调控稻瘟病菌的自噬过程与致病性。该发现不仅阐明了H₂S信号在真菌中的新功能，还为开发基于H₂S供体的广谱抗真菌策略提供了理论依据。

研究采用以下关键技术：

1. 基因敲除与过表达构建CSE1（胱硫醚γ-裂解酶）突变体
2. 定量蛋白质组学鉴定1034个S-硫巯基化蛋白
3. 分子动力学模拟分析ATG18结构变化
4. 磷脂酰肌醇结合实验验证蛋白-脂质互作
5. 激光共聚焦显微镜追踪自噬体动态

研究结果

过量H₂S损害稻瘟病菌侵染能力

通过外源添加H₂S供体NaHS和清除剂hypotaurine(HT)，发现过量H₂S会抑制附着胞膨压积累和隔膜环(septin ring)形成。

2S抑制稻瘟病菌侵染结构发育'>

CSE1调控H₂S合成与蛋白S-硫巯基化水平

鉴定出稻瘟病菌中H₂S合成关键酶CSE1，其过表达使H₂S水平提升20%，总蛋白S-硫巯基化水平显著升高。

2S水平与蛋白修饰'>

H₂S信号负调控致病性与自噬过程

CSE1过表达菌株在寄主细胞中穿透力下降，自噬标志蛋白GFP-Atg8向液泡转运减少，自噬流受阻。

定量蛋白质组学揭示S-硫巯基化蛋白谱

鉴定到1482个修饰位点，包括MAPK通路蛋白Pmk1、隔膜蛋白Sep4等致病相关因子，其中自噬蛋白ATG18的Cys78位点修饰最为显著。

ATG18的S-硫巯基化调控自噬体成熟

分子模拟显示Cys78修饰改变ATG18空间构象，增强其与PtdIns(3)P结合能力。C78A突变导致自噬体提前成熟，加速致病过程。

外源H₂S供体广谱抑制真菌病害

NaHS处理显著抑制稻瘟病菌及其他植物病原真菌的生长与致病性，50μM浓度即可使水稻病斑减少70%。

研究意义

该研究首次阐明H₂S通过S-硫巯基化修饰ATG18调控真菌自噬的分子机制，突破性地将气体信号分子与病原菌致病性联系起来。发现Cys78位点在真菌中高度保守，为设计靶向H₂S信号通路的抗真菌剂提供精确靶点。提出的"硫巯基化应激"概念（sulfhydration stress）为理解氧化还原调控真菌发育提供新视角。实践中，开发基于NaHS的环境友好型杀菌剂，可兼顾作物抗逆性与病害防控，具有重要应用前景。