葡萄藤树干病害相关葡萄座腔菌科真菌铁载体生产能力及其致病作用解析

本研究针对葡萄藤树干病害（GTDs）的重要病原——Botryosphaeriaceae真菌，首次系统评估了其铁载体（siderophore）生产能力。通过CAS-琼脂和CAS-液体检测发现，Lasiodiplodia brasiliensis等菌株产量最高（超60%），并鉴定出羟基肟酸盐和儿茶酚酸盐两种类型。研究证实儿茶酚酸盐型铁载体对葡萄叶片具有更强 phytotoxic 效应，提示其可能作为毒力因子参与致病过程，为理解真菌病原性机制和开发病害防控策略提供了新见解。

　　

葡萄藤作为全球重要的经济作物，长期以来一直受到葡萄藤树干病害（Grapevine Trunk Diseases, GTDs）的严重威胁。这类病害由一系列真菌病原体引起，其中Botryosphaeriaceae科的真菌尤为突出，它们能够导致葡萄藤枝条枯死、维管组织坏死，甚至整株衰亡，显著降低果实产量和品质，缩短葡萄园寿命。在墨西哥等地，Botryosphaeriaceae引起的顶枯病（Botryosphaeria dieback）已成为影响葡萄酒产业的重要问题。尽管已知这些真菌能够产生多种次级代谢产物（如jasmonates、melleins等）来促进宿主定植和病害发展，但关于它们是否通过产生铁载体（siderophores）——一类负责螯合和摄取铁的低分子量化合物——来增强自身致病力的研究，此前尚未见报道。

铁是几乎所有生物体必需的元素，参与核酸合成、呼吸作用、能量代谢等关键细胞过程。然而，在自然界中，铁主要以不溶性的三价铁（Fe³⁺）形式存在，生物利用度极低。许多微生物因此进化出铁载体来高效捕获铁离子。铁载体根据其螯合基团可分为羟基肟酸盐（hydroxamate）、儿茶酚酸盐（catecholate）、羧酸盐和混合型等类别，它们不仅有助于微生物在缺铁环境中生存，还在某些病原体中充当毒力因子，通过抢夺宿主铁资源或直接引起植物组织损伤来促进感染。

为探究Botryosphaeriaceae真菌的铁载体生产能力及其在致病过程中的潜在作用，研究人员Edelweiss A. Rangel-Montoya等开展了一项系统研究，成果发表在《The Microbe》上。研究团队选取了来自美国加州和墨西哥的25株Botryosphaeriaceae菌株，包括Lasiodiplodia、Neofusicoccum、Diplodia等重要属种，通过CAS（铬天青S）琼脂和液体检测法定性和定量评估了它们的铁载体产量，并进一步对高产菌株Lasiodiplodia brasiliensis MXBCL28产生的铁载体类型进行提取、鉴定和植物毒性测试。

研究采用的关键技术方法主要包括：基于CAS的定性（琼脂平板变色法）和定量（液体分光光度法）铁载体检测；利用选择性溶剂萃取（如苯醇提取羟基肟酸盐、乙酸乙酯提取儿茶酚酸盐）和薄层色谱（TLC）进行铁载体类型鉴定；以及使用葡萄藤叶片离体培养实验评估铁载体提取物的植物毒性效应。所有菌株均来源于先前从加州和墨西哥葡萄藤病株中分离的保存菌种。

研究结果首先通过CAS平板实验证实，所有测试菌株均能产生铁载体，在平板上形成紫色、黄色或橙红色变色圈，其中紫色代表酸性铁载体，橙色代表碱性铁载体，颜色差异反映了铁载体化学性质的多样性。定量分析显示，Lasiodiplodia brasiliensis菌株MXBCL28和VSM18MX的铁载体产量最高，超过60%，Neofusicoccum australe UCD1467So和Lasiodiplodia gilanensis UCD256Ma分别达到57.2%和46.7%，而一些Diplodia菌株产量较低。这一结果暗示铁载体产量可能与菌株致病力强弱相关，因为此前研究已发现L. brasiliensis MXBCL28是致病性最强的菌株之一。

进一步对L. brasiliensis MXBCL28的铁载体生产动态监测发现，其产量随时间推移线性增加，在培养15天时达到峰值（61.1%）。通过溶剂萃取和TLC分析，研究人员从该菌株中成功分离出羟基肟酸盐和儿茶酚酸盐两类铁载体，TLC图谱显示羟基肟酸盐提取物中存在4个明显条带，儿茶酚酸盐提取物中有2个条带，表明该菌能产生多种铁载体化合物，具备代谢多样性。

为评估这些铁载体是否具有植物毒性，研究团队用粗提物和部分纯化的羟基肟酸盐、儿茶酚酸盐提取物处理葡萄藤叶片圆片。结果显示，儿茶酚酸盐型铁载体引起叶片大面积褐变和坏死，羟基肟酸盐型仅导致轻微脉状坏死，而无菌培养基对照组未出现任何症状。这表明儿茶酚酸盐型铁载体可能具有更强的组织破坏能力，因而在真菌侵染过程中可能发挥更直接的毒力因子作用。

研究的讨论部分强调，Botryosphaeriaceae真菌普遍具备铁载体生产能力，且高产菌株多为已知高致病性种类（如L. brasiliensis），而低产菌株（如某些Diplodia种）往往致病性较弱，提示铁载体产量与真菌 virulence 之间存在潜在关联。能同时产生羟基肟酸盐和儿茶酚酸盐型铁载体，使L. brasiliensis等菌株在不同环境条件下能更灵活地获取铁资源，这可能增强了其在宿主内的适应性和侵袭力。儿茶酚酸盐型铁载体表现出的强植物毒性效应，与先前在其它植物病原真菌（如Colletotrichum gloeosporioides）中的发现一致，进一步支持了铁载体通过螯合作用直接破坏植物组织或干扰铁稳态而参与致病过程的假说。

综上所述，这项研究首次证实了Botryosphaeriaceae真菌能够产生多种类型铁载体，其中儿茶酚酸盐型可能作为重要毒力因子加剧葡萄藤病害发展。研究成果不仅深化了对Botryosphaeriaceae致病机制的理解，也为开发针对铁载体介导的感染过程的防控策略（如基于铁载体抑制剂的抗真菌疗法）提供了理论依据。未来研究应聚焦于铁载体的精确化学结构解析、其生物合成基因簇的功能鉴定，以及它们在宿主-病原体互作中的具体分子机制，从而为有效管理GTDs提供新的科学工具。