学院周倩教授团队首次揭示真菌病毒导致寄主低毒力的分子机制并利用病毒基因将植物病原真菌改造成生防菌

2022年12月5日，学院周倩教授团队以第一通讯作者和湖南农业大学第一单位在国际权威期刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS）在线发表了题为“Mycoviral gene integration converts a plant pathogenic fungus into a biocontrol agent”的研究论文，首次报道了在番茄匍柄霉（Stemphylium lycopersici）中发现的一种低毒真菌病毒通过干扰真菌致病相关毒素Altersolanol A的生物合成，导致匍柄霉丧失致病力，且整合病毒基因序列的匍柄霉从致病菌转变为生防菌，提高了植物对强毒菌株的抗性。研究成果为作物真菌病害的防治提供了一个绿色高效的新策略。植物保护学院博士生刘洪为该论文的第一作者，北京大学现代农业研究院邓兴旺院士和郭立教授为共同通讯作者。这是湖南农业大学首次以第一单位兼第一通讯作者在PNAS发表研究论文。

匍柄霉属(Stemphylium)真菌能够侵染全球范围内的多种作物，在我国主要危害番茄、苜蓿、大蒜、莴苣、辣椒和菠菜等。近年来，由匍柄霉(Stemphylium spp.)引起的番茄灰叶斑病在我国多地发生，总发病面积超过300万亩，直接经济损失上10亿元。低毒真菌病毒，能够导致植物病原真菌致病力下降，是一种可用于生物防治的重要资源，但是病毒导致真菌低毒力的作用机制尚不清楚。该研究首次从番茄匍柄霉（S.lycopersici）中分离鉴定出一种真菌病毒Stemphylium lycopersici  alternavirus 1（SlAV1）。该病毒显著下调毒素Altersolanol A合成途径中的关键酶（聚酮合成酶PKS1），导致寄主致病力丧失。进一步研究发现，SlAV1 的ORF3是导致匍柄霉丧失致病力的关键基因。用表达ORF3的匍柄霉菌丝悬浮液喷洒番茄等多种植物，能显著提高植物对匍柄霉强毒菌株的抗性（图1）。

图1 表达SlAV1 ORF3的菌株提高植物对强毒菌株的抗性

A. 番茄匍柄霉菌株SlHN-10（左）与转ORF3的番茄匍柄霉菌株SlORF3-T（右）的形态

B. 囊状匍柄霉菌株SvHN-02（左）与转ORF3的囊状匍柄霉菌株SvORF3-T（右）的形态

C. 喷洒SlORF3-T菌丝2d后接种SlHN-10   D. 喷洒SvORF3-T菌丝2d后接种SvHN-02

E. 喷洒无菌水2d后接种SlHN-10          F.喷洒无菌水2d后接种SvHN-02

植物病害每年带来的直接经济损失高达数千亿美元，其中70%以上由真菌引起。植物真菌病害的防治长期以来依赖化学农药，造成食品安全、环境生态以及抗药性等问题。本研究首次解析了SlAV1导致寄主低毒力的分子机制，证明了病毒基因整合至真菌基因组，改变真菌致病力后，可作为保护剂提高植物抗性。研究成果不仅为植物真菌病害的生物防治提供了重要资源，也为植物真菌病害的防治开辟了一条新的思路。

周倩，教授，博士生导师，主要从事分子植物病理学研究。现任湖南省植物保护学会常务理事，《植物保护》杂志编委，植物疾病控制与利用湖南省高校重点实验室主任。近年来以第一作者或通讯作者在PNAS、Plant Disease、Frontiers in Plant Science等杂志上发表SCI论文18篇；作为主要完成人获省科技进步二等奖和三等奖各1项；授权发明专利5项，参与出版专著2本。

原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2214096119