《美国科学家揭示了香蕉枯萎病的真菌分子机制》

  • 编译者: 李周晶
  • 发布时间:2024-10-29
  • 全球香蕉产业正面临前所未有的挑战,由新型Fusarium oxysporum f.sp. cubense热带4号小种(Foc TR4)引起的香蕉枯萎病正迅速蔓延。与传统认知不同,这一新菌株并非1950年代毁灭性疫情的直接演化结果,而是携带了特定辅助基因,显著增强了其致病性。

    8月16日,美国马萨诸塞大学阿默斯特分校领导的一项国际研究在《Nature Microbiology》上发表,揭示了这些辅助基因与Foc TR4毒性之间的紧密联系。该研究团队通过对全球收集的36种Foc菌株进行测序与比对,发现Foc TR4利用特定的辅助基因合成并解毒一氧化氮,从而有效侵入宿主。当控制一氧化氮产生的两个关键基因被敲除时,Foc TR4的毒性显著减弱,为开发新型防控策略提供了重要线索。面对这一严峻形势,研究团队强调了多样化种植的重要性。单一作物种植模式使得大规模商业香蕉田成为病原体的易攻击目标。

    该研究不仅为对抗香蕉枯萎病提供了新视角,也警示了农业界需重视作物多样性,以应对未来可能的疫情爆发。随着科研的深入,人类有望找到更加有效的防控手段,保护这一重要经济作物免受病害侵扰。

相关报告
  • 《美国科学家揭示作物抗旱的关键分子机制》

    • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者:李楠
    • 发布时间:2017-11-28
    • 气候变化会使旱灾频发,威胁农作物的生长。保护农作物的一种潜在方法是通过对作物喷洒某种化合物,来提高作物的抗旱性。目前,伊利诺伊大学(University of Illinois)的研究者们发现了一种使作物减少水分流失的关键分子机理 ,该发现为科学家找到合适的作物抗旱化合物奠定了基础。 面对干旱的气候条件,植物的自然抵御力会增强。它们会产生植物激素——脱落酸(ABA)附着在一种称之为PYL受体的蛋白质上,从而引发一系列反应,最终促使植物叶片上的气孔关闭。伊利诺伊大学(University of Illinois)的研究人员萨拉·沙卡拉(Saurabh Shukla)解释称:“这样一来,植物便可以减少甚至是完全不流失任何水分,从而可以保持水分,延长寿命。”其中最为关键的就是植物激素ABA,但由于ABA稳定性较弱且分子结构比较复杂,所以不能直接喷洒在农田里。不过,沙卡拉指出,“如果我们能够了解这种植物激素的工作机理,就可以设计出一些具备相同机理的分子为我们服务。”科学家如果能找到一种既具备相同机理,又廉价、稳定且环保的激素,那么农民就可以利用它提高农作物的抗旱性。 但是要弄清楚ABA的具体工作机理并非易事。诸如X射线衍射等实验室技术虽然能够记录下ABA附着到PYL受体前后的状态,但却无法捕捉到附着前后的瞬间。因此,沙卡拉和同事们通过使用分子动态模拟器,观察到了ABA是如何落在PYL受体的具体细节。模拟器一帧一帧地显示了ABA是在何处、以何种方式与蛋白质结合,使其改变形状,从而使序列当中的下一个蛋白质被激活,最终促使植物叶片上的气孔关闭的全过程。最后几帧中ABA落到受体上,这与X射线衍射技术所预测的晶体结构完全一致,再次验证了模拟器的准确性。2017年2月11日至15日,在新奥尔良举办的第61届生物物理学学会会议上(the 61st Meeting of the Biophysical Society),该项目的研究团队展示了这项成果。 研究者称他们只模拟了两种特定类型的PYL受体,均是在拟南芥(A. thaliana)中发现的。沙卡拉称,由于绝大多数物种的PYL受体的结构都比较相似,因此他们的研究成果具有广泛的适用性。对于已知晶体结构的PYL受体,它们同ABA结合的蛋白质部分相同,结合处周围的结构也相似,这样的相似性意味绝大多数植物中都有相同的结合机制。 沙卡拉指出,研究者们会继续在其他植物当中验证这种机制,例如,水稻的PYL受体结构是已知的,因此可以去探索水稻中类似ABA的激素。研究者需要进行严密的计算和基因研究来识别这种化合物,他们的目标是不需要依靠基因工程便可以找到一种适用于所有物种的化合物。但是要让这种化合物产品出现在市场上,至少还需要10年的时间。 (编译 李楠)
  • 《英中科研团队揭示咖啡枯萎病反复流行的遗传机制》

    • 编译者:李周晶
    • 发布时间:2025-05-19
    • 一项由伦敦帝国理工学院、牛津大学和CABI联合开展的研究揭示了威胁全球咖啡种植的咖啡枯萎病反复暴发的遗传机制。该病由真菌Fusarium xylarioides引起,长期影响非洲地区的阿拉比卡(arabica)和罗伯斯塔(robusta)咖啡种植,对当地数百万人的生计构成严重威胁。这项发表于《公共科学图书馆·生物学》(PLoS Biology)的研究通过分析跨越60年的13株历史真菌样本基因组,发现F. xylarioides至少包含四个不同的遗传谱系,其中两个分别专性侵染阿拉比卡和罗伯斯塔咖啡品种。更为关键的是,这些致病真菌通过“水平基因转移”,从另一类镰刀菌(Fusarium oxysporum)中获得了能够增强其感染能力的基因片段。研究指出,这些被转移的基因区域富含效应蛋白基因和转座子(跳跃基因),在植物细胞壁降解和感染过程中高度活跃。这种跨物种的基因“偷渡”行为,使F. xylarioides不断演化出新的致病能力,导致咖啡枯萎病多次大规模暴发。咖啡是撒哈拉以南非洲超过1200万农户的主要收入来源。例如,埃塞俄比亚每年咖啡出口价值高达7.6亿美元。然而,自20世纪20年代以来,咖啡枯萎病持续造成严重减产,严重影响当地经济与全球咖啡供应链。CABI高级研究员马修·瑞安博士表示,这项研究不仅有助于理解咖啡枯萎病的演化路径,也为其他作物真菌病害的防控提供了新思路。未来或可通过调整间作模式,减少不同镰刀菌种之间的接触,从而降低基因转移的风险。该研究为开发更具针对性的抗病策略提供了重要理论基础,也为全球咖啡产业的可持续发展带来新的希望。