2022年12月27日，国际学术期刊Cell Reports以Article形式在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心唐威华研究组题为“Fungal CFEM effectors negatively regulate a maize wall-associated kinase by interacting with its alternatively-spliced variant to dampen resistance”的研究论文。该研究发现玉米细胞壁相关受体激酶ZmWAK17介导玉米对赤霉茎腐病的抗病性，而病原真菌禾谷镰孢菌分泌一类含有富含半胱氨酸CFEM结构域的效应因子，通过与玉米胞外蛋白ZmWAK17ET和ZmLRR5结合，抑制ZmWAK17的抗病功能。

　　玉米赤霉茎腐病是玉米生产中的重要病害，病症主要在接近收获的成熟玉米茎秆中体现，从而严重影响玉米产量。目前高抗赤霉茎腐的基因资源依然匮乏。导致玉米赤霉茎腐病的主要病原真菌为禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum)。对禾谷镰孢菌与寄主玉米之间分子互作的机制了解还很不充分。

　　本研究发现禾谷镰孢菌分泌的多个CFEM蛋白对增强致病力有显著贡献，且在侵染玉米时定位于侵染菌丝的表面。利用其中一个CFEM1蛋白作为诱饵，从侵染玉米茎秆的酵母文库中筛选到两个互作蛋白ZmWAK17ET和 ZmLRR5。ZmLRR5是一个具有亮氨酸富集重复LRR的分泌蛋白，而ZmWAK17ET则是细胞壁相关受体激酶ZmWAK17的一个可变剪接产物。这两个蛋白不仅与真菌CFEM蛋白互作，也与受体激酶ZmWAK17的胞外域互作。遗传学分析发现，ZmWAK17突变体对于禾谷镰孢菌更感病，病斑面积增加可达40%；而过表达ZmWAK17的转基因玉米增强对禾谷镰孢菌的抗性，而病斑面积减小可达30%。本研究进一步提示ZmWAK17可引起烟草细胞超敏反应，而CFEM蛋白和ZmWAK17ET 或者ZmLRR5共表达可抑制ZmWAK17诱导的超敏反应。这些研究结果表明，禾谷镰孢菌通过分泌CFEM效应因子，利用寄主分泌蛋白ZmWAK17ET和 ZmLRR5对于介导抗病的受体激酶ZmWAK17进行负调控，从而达到成功侵染。

　　CFEM是一类真菌特有的表面蛋白，其成员在病原真菌中尤其多。但是在致病中作为效应因子的功能仍只有少数成员个别报道且机制不清。昆虫病原真菌CFEM蛋白被报道可被寄主昆虫识别触发行为免疫。本研究揭示禾谷镰孢菌中至少六个CFEM 蛋白作为胞外效应因子通过间接靶向植物免疫相关受体ZmWAK17发挥作用。而且本工作从CFEM蛋白功能鉴定出发，揭示ZmWAK17基因在抗茎腐病中的双重功能，全长ZmWAK17发挥抗病作用而可变剪接产物ZmWAK17ET则帮助感病。可变剪接是真核生物中广泛存在的一种转录调控机制，可极大地增加基因表达的复杂程度和蛋白质功能的多样性。玉米具有高度的遗传变异，基因组中超过50%的基因存在可变剪接。我们的研究结果发现病原真菌巧妙利用玉米可变剪接机制，干扰寄主免疫，揭示了病原菌克服寄主免疫系统的新策略。本研究从鉴定真菌效应因子出发，发掘出抗茎腐病受体ZmWAK17，在降低ZmWAK17ET干扰情况下提高表达显著能够提升抗病性，具有应用于玉米茎腐病抗病育种的潜力。

　　中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士左妮为本研究论文第一作者，唐威华研究员和王彦章研究员为共同通讯作者。研究组博士生白维祯、魏万千，助理研究员袁婷露和副研究员张栋对本研究做出显著贡献。研究工作得到了中科院先导和国家自然科学基金项目的资助。

　　论文连接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111877

图1. 禾谷镰孢菌编码11个非Pth11类型CFEM蛋白，其中6个对侵染玉米的致病力有显著贡献

图2. 禾谷镰孢菌CFEM蛋白与玉米胞外蛋白ZmLRR5及ZmWAK17ET相结合，而ZmLRR5及ZmWAK17ET则与玉米细胞壁相关受体激酶ZmWAK17的胞外域相结合

图3. 玉米细胞壁相关受体激酶ZmWAK17的表达量增加能够增加对赤霉茎腐病的抗病性

图4. 禾谷镰孢菌通过分泌CFEM效应因子，利用寄主分泌蛋白ZmWAK17ET和 ZmLRR5对于介导抗病的受体激酶ZmWAK17进行负调控，从而达到成功侵染