小麥是我國重要的糧食作物，小麥生產的可持續與穩定性與我國糧食安全緊密相關。小麥赤霉病是全球小麥生產中的重要病害，主要由禾谷鐮刀菌（ Fusarium graminearum）引起。小麥赤霉病的發生不僅造成大面積減產，受赤霉病感染的小麥籽粒還會積累嘔吐毒素（DON），嚴重威脅食品安全和人體健康。主栽品種抗病能力差是小麥赤霉病發生的重要原因，然而目前可用抗病位點稀少限制了小麥抗赤霉病育種進展。研究禾谷鐮刀菌侵染小麥并導致赤霉病發生的分子機制將為控制小麥赤霉病提供新的策略，然而目前關于禾谷鐮刀菌與小麥相互作用的分子機制并不清楚。隨著對植物-病原菌互作機制的深入探索，越來越多的研究表明，病原菌分泌的效應蛋白在致病過程中扮演著關鍵角色。

近日， 《植物學報（ Journal of Integrative Plant Biology）》 在線發表了中國農業科學院深圳農業基因組研究所（嶺南現代農業科學與技術廣東省實驗室深圳分中心，以下簡稱基因組所） 張翠軍課題組 題為“Fusarium graminearum effector FgEC1 targets wheat TaGF14b protein to suppress TaRBOHD-mediated ROS production and promote infection”的研究論文，該研究發現禾谷鐮刀菌通過分泌效應蛋白FgEC1，靶向小麥TaGF14b蛋白并抑制TaGF14b與TaRBOHD互作，進而抑制小麥活性氧（ROS）產生，促進侵染的分子機制。

該研究發現，FgEC1在禾谷鐮刀菌侵染小麥過程中顯著上調表達，通過基因敲除實驗，證明FgEC1的缺失顯著降低了禾谷鐮刀菌在小麥穗部的致病力，是禾谷鐮刀菌致病性關鍵因子。蛋白外泌分析發現，FgEC1能夠分泌到小麥細胞內。進一步研究發現，FgEC1能夠抑制flg22和chitin誘導的植物葉片活性氧爆發和胼胝質沉積。蛋白互作研究發現FgEC1能夠與小麥中的TaGF14b蛋白直接相互作用。GF14b是一種在植物免疫反應中發揮重要作用的蛋白，它能夠與NADPH氧化酶結合，保護其不被26S蛋白酶體降解，從而維持高水平的活性氧產生。活性氧是植物應對病原菌入侵時產生的一種重要防御信號分子，能夠直接殺傷病原菌并激活下游的免疫反應。本研究發現FgEC1通過與TaGF14b結合，阻斷了TaGF14b與TaRBOHD的相互作用，進而促進了TaRBOHD的降解，導致小麥ROS水平下降，削弱了小麥的免疫反應，有利于禾谷鐮刀菌的侵染(圖1)。

圖1 | 禾谷鐮刀菌效應蛋白FgEC1抑制小麥免疫的致病機制

此外，通過轉基因在小麥中過表達TaGF14b，成功提高了小麥對禾谷鐮刀菌的抗性，且不影響小麥的生長和產量等農藝性狀。上述研究不僅揭示了禾谷鐮刀菌利用效應蛋白抑制植物免疫的分子機制，也為小麥赤霉病的防治提供了新的基因資源。該研究為理解植物與病原菌之間的相互作用提供了新的視角，為作物抗病育種提供了新策略。

基因組所張翠軍研究員為本論文通訊作者，在站博士后商圣平為第一作者，團隊成員何宇涵、胡乾勇、方穎參與了該研究，基因組所程時鋒研究員對本研究給予了幫助和指導。該研究得到了中國農業科學院青年英才計劃、深圳市科技計劃等項目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1111/jipb.13752