全球八种白腐菌绕行记：Esca复合病相关担子菌酶促与非酶促木材降解途径评估

本研究针对全球范围内严重危害葡萄栽培的Esca复合病(ECD)，系统评估了8种相关白腐担子菌的木材降解机制。研究人员通过体外培养分析了木质纤维素酶（漆酶、锰过氧化物酶等）活性及低分子量化合物介导的非酶促Chelator-Mediated Fenton (CMF)途径。结果发现所有菌种均能产生CMF机制所需化合物，但木质素过氧化物酶活性普遍缺失。该研究揭示了ECD相关真菌降解策略的共性，为开发靶向防控策略提供了新视角。

　　

葡萄栽培产业正面临着全球性威胁——葡萄树干病害（GTDs），其中Esca复合病（ECD）被认为是最严重、分布最广且了解最少的病害之一。这种病害不仅造成巨大的经济损失，还因其复杂的病因机制而让研究者们困扰不已。ECD主要表现为三种关键症状：虎纹状叶部症状（葡萄叶条纹病GLSD）、树干和枝条上的白色腐朽（呈现为耗尽的纤维状漂白木材残渣）以及由于维管子囊菌引起的木材黑色条纹。

近年来，研究者们重新评估了担子菌在叶部症状发生中的作用，发现这些症状的减轻与葡萄植株中地中海嗜蓝孢孔菌（Fomitiporia mediterranea）的存在存在关联。虽然多种担子菌与葡萄木材腐朽有关，但除了地中海嗜蓝孢孔菌外，其他全球各地ECD相关的白腐担子菌的降解机制仍不清楚。这些包括南非的好望角嗜蓝孢孔菌（F. capensis）、北美的朗氏嗜蓝孢孔菌（F. langloisii）、多形嗜蓝孢孔菌（F. polymorpha）、澳大利亚嗜蓝孢孔菌（F. australiensis）、得克萨斯热带孔菌（Tropicoporus texanus）、葡萄纤孔菌（Inonotus vitis）和毛韧革菌（Stereum hirsutum）。

为了深入理解这些真菌的木材降解机制，研究人员开展了一项系统性的研究，通过体外培养分析了这些真菌的酶促和非酶促降解能力。研究结果最近发表在《Fungal Biology》上，为理解ECD相关白腐菌的致病机制提供了重要见解。

研究团队采用了多种关键技术方法：通过Eriksson和Petterson培养基进行真菌培养并收集分泌组；使用分光光度法测定漆酶、锰过氧化物酶（MnPs）和木质素过氧化物酶（LiPs）活性；利用超高效液相色谱串联质谱（UHPLC-MS/MS）进行非靶向代谢组学分析；通过Folin-Ciocalteu法测定总酚含量；采用ferrozine法评估铁还原活性；使用FOX法检测过氧化氢生成；并通过电子顺磁共振（EPR）结合自旋捕集剂检测羟基自由基。所有真菌菌株来自世界各地葡萄种植区的病害样本，包括法国、南非、美国和意大利的分离株。

生物量培养条件下的生产

研究发现在酶活性测定培养基中，两周龄培养物的生物量产量持续高于一周龄培养物。好望角嗜蓝孢孔菌在一周培养中产量最高，而两周培养中形成了两个明显分组：好望角嗜蓝孢孔菌、葡萄纤孔菌、多形嗜蓝孢孔菌、澳大利亚嗜蓝孢孔菌和得克萨斯热带孔菌为一组；朗氏嗜蓝孢孔菌、毛韧革菌和地中海嗜蓝孢孔菌为另一组，产量相对较低。

重悬分泌组的酶活性

朗氏嗜蓝孢孔菌的漆酶活性在两周培养中最高，达到地中海嗜蓝孢孔菌的近10倍。好望角嗜蓝孢孔菌也表现出较高的漆酶活性。所有菌种在不同培养时间间显示显著差异。锰过氧化物酶活性总体远低于漆酶，澳大利亚嗜蓝孢孔菌在两周培养中记录到最高活性，而得克萨斯热带孔菌和毛韧革菌未检测到任何活性。木质素过氧化物酶活性在所有真菌中都极低，几乎检测不到。

非靶向代谢组学分析

所有菌种共享大部分提取化合物。在嗜蓝孢孔菌属内，澳大利亚嗜蓝孢孔菌有5种独特化合物，好望角嗜蓝孢孔菌有2种，多形嗜蓝孢孔菌的独特化合物数量最多。主成分分析显示嗜蓝孢孔菌属明显聚集，但多形嗜蓝孢孔菌远离其他物种。得克萨斯热带孔菌与其他物种距离最远。

Folin-Ciocalteu法测定总酚含量

得克萨斯热带孔菌产生的酚类物质最多（18.07 ± 3.81 mmol·L^-1没食子酸当量），几乎是其他菌种的四倍。属于嗜蓝孢孔菌属的所有物种、毛韧革菌和葡萄纤孔菌产生的酚类量统计上相当。

铁还原和过氧化氢生成

所有提取物都能将三价铁（Fe³⁺）还原为二价铁（Fe²⁺）。大多数菌种显示相当的活性，得克萨斯热带孔菌的铁还原能力几乎是其他菌种的两倍。过氧化氢生产在所有菌种中都能良好检测，但在得克萨斯热带孔菌中较低。

羟基自由基的自旋捕集电子顺磁共振（EPR）

所有菌种的LMW甲醇提取物在存在三价铁和过氧化氢的情况下都能产生羟基自由基。与预期相反，在较高pH（5.5）下峰面积和羟基自由基产量通常高于较低pH（3.5）。

研究结果表明，所有研究的白腐菌都能在体外特定条件下产生漆酶和锰过氧化物酶活性，并且都能诱导CMF介导的机制。这种降解途径可能是真菌适应葡萄树的关键因素，因而代表了GTDs的潜在致病因子。

这项研究的重要发现在于揭示了CMF机制在ECD相关真菌中的广泛存在性。不仅白腐担子菌，先前的研究也发现子囊菌（如Phaeoacremonium minimum、Phaemoniella chlamydospora、Eutypa lata）也能进行类似的CMF样途径。这表明非酶促降解机制在木材降解真菌中比先前描述的更普遍。

从应用角度看，这些发现为疾病控制提供了新思路。通过使用抗氧化剂和铁螯合化合物成功破坏CMF系统，可以抑制E. lata、P. minimum和P. chlamydospora的菌丝生长。用于GTD控制的生物防治剂（BCAs）已知能产生铁载体，导致铁竞争。寻找BCAs中的CMF破坏能力可能有助于开发控制GTD病原体的新方法。

值得注意的是，一些研究的菌种在致病和腐生生活方式之间表现出可塑性，表明它们的降解策略——包括使用CMF机制——可能因环境条件或宿主相互作用而异。

木材降解酶使GTD真菌能够分解植物细胞壁、获取营养和定殖宿主。因此，产生这些酶的能力被视为关键的毒力因子。由于酶难以穿透完整的木材细胞壁次生S2层，诱导早期基于CMF的降解的能力可能代表了另一个需要考虑的重要致病因子。

真菌降解（酶促和非酶促）在ECD中的参与可能是一个需要进一步研究的话题，以更好地理解真菌木材降解的作用及其与叶部症状发展的可能联系，这是ECD中GLSD的一个仍不清楚的方面。

总之，这项研究代表了理解ECD相关白腐菌功能降解途径的重要进展。研究结果表明，CMF机制在GTD相关担子菌中相当普遍，除了子囊菌中也很常见。考虑到这一点，研究人员提出这种降解途径可能是真菌适应葡萄树的关键因素，因而代表了GTDs的潜在致病因子。未来的研究应专注于寻找破坏真菌降解的方法，例如开发疾病控制的新解决方案或研究可能有助于寻找耐受品种的方面。宿主特异性和菌株内差异也可能提供对葡萄树白腐降解剂降解能力的更深入理解。研究葡萄树中降解剂的CMF机制作用可以增强我们对真菌降解的理解，有助于揭示与代谢物向叶片移动和叶部症状发展相关的新因素。