Cgras2通过调控cAMP水平、细胞骨架组织和蛋白分泌控制胶孢炭疽菌生长与致病性的分子机制

本研究针对胶孢炭疽菌（Colletotrichum gloeosporioides）致病机制的关键调控因子Cgras2展开深入解析。研究人员通过基因敲除、转录组学和分泌组学等技术，首次揭示该Ras同源蛋白通过调控cAMP信号通路、F-actin/septin细胞骨架网络及膜转运系统，协调病原菌极性生长、附着胞形成及效应蛋白分泌等关键致病过程。该研究为开发靶向Ras信号通路的植物真菌病害防控策略提供了理论依据。

　　

炭疽病作为全球性植物病害，其病原菌胶孢炭疽菌（Colletotrichum gloeosporioides）能侵染3200余种植物，造成严重农业损失。这类病原真菌采用复杂的"双阶段"侵染策略：先通过附着胞（appressorium）机械穿透植物表皮，再分泌细胞壁降解酶建立侵染。尽管已知环磷酸腺苷（cAMP）信号通路和Ras蛋白在此过程中发挥重要作用，但Ras2同源蛋白如何协调细胞骨架重组、效应蛋白分泌等关键致病环节仍存在认知空白。

为解析这一科学问题，Qianyi Xiao等研究人员在《Phytopathology Research》发表的研究中，聚焦胶孢炭疽菌的Cgras2基因，通过构建靶向敲除突变体ΔCgras2，结合活细胞成像、转录组学和分泌组学等多维技术，系统揭示了该蛋白在致病过程中的核心调控网络。

关键技术方法包括：1）基于split-marker重组策略构建基因敲除和回补菌株；2）激光共聚焦显微技术追踪Lifeact-EGFP标记的F-actin和CgSep4-GFP标记的septin动态；3）PEG渗透压崩溃实验量化附着胞膨压；4）RNA-seq分析差异表达基因；5）Label-free定量蛋白质组学解析分泌蛋白谱；6）使用橡胶树（Hevea brasiliensis）叶片模型进行致病性评估。

主要研究结果

Cgras2调控菌丝生长与分生孢子发育

ΔCgras2突变体在PDA培养基上菌落直径减少42%，分生孢子产量下降85%，且孢子长度异常增加。透射电镜显示突变体孢子隔室中出现多核现象，表明Cgras2通过维持正常细胞分裂周期影响无性繁殖。

致病性缺陷与侵染结构异常

在橡胶树叶片的侵染实验中，ΔCgras2对完整叶片的致病力丧失86%，伤口接种的病斑面积减少65%。进一步分析发现，突变体附着胞形成率仅7.9%（野生型80%），且无法有效穿透洋葱表皮。

细胞骨架组织与膨压维持障碍

活细胞成像显示，野生型附着胞中F-actin形成特征性双环结构，而突变体仅呈现弥散分布。Septin标记蛋白CgSep4-GFP在突变体中无法形成孔周环状结构。PEG8000渗透压实验证实突变体附着胞崩溃率较野生型提高2.3倍，表明细胞骨架缺陷导致膨压（turgor pressure）维持障碍。

cAMP信号通路的核心调控作用

ΔCgras2菌株内cAMP含量降低68%，外源添加20 mM cAMP可部分恢复其附着胞形成能力（恢复至野生型45%），但无法修复细胞骨架缺陷。转录组分析发现下游转录因子CgMstu1和CgSom1表达量分别下调4.2倍和3.8倍。

膜转运与分泌系统失调

RNA-seq鉴定出768个下调基因，其中ABC转运蛋白（如CgHxt6）和离子通道基因显著富集。表型验证显示突变体对Fe³⁺和Mn²⁺敏感性增加2倍。分泌组学发现211个胞外蛋白分泌减少，包括多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase）等11种细胞壁降解酶，酶活实验证实纤维素酶和果胶酶活性分别降低72%和65%。

研究意义

该研究首次建立Cgras2通过"cAMP-细胞骨架-分泌系统"三位一体调控网络控制胶孢炭疽菌致病的分子模型：1）Ras2通过激活腺苷酸环化酶维持cAMP稳态；2）cAMP-PKA级联调控下游转录因子表达；3）通过F-actin/septin重组确保附着胞机械穿透力；4）协调膜转运系统为侵染提供物质基础。这一发现不仅深化了对炭疽病菌致病机制的理解，更为开发靶向Ras信号通路的新型杀菌剂提供了理论依据。研究揭示的分泌蛋白调控网络，尤其为设计阻断效应蛋白分泌的绿色防控策略开辟了新思路。