由名古屋大学大学院生命农学研究科的竹本大吾副教授和黑柳辉彦（研究生）、小鹿一教授等组成的研究团队宣布阐明了灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）高效感染多种植物（多犯性）的机制。研究团队通过调查植物的抗菌物质是如何作用于灰葡萄孢菌后发现，灰葡萄孢菌可以通过不同的机制，躲避不同植物的防御系统从而感染植物。该成果有望应用于对付灰葡萄孢菌的防治上，相关成果也于刊登在2022年12月21日的国际学术杂志《PNAS Nexus》上。
灰葡萄孢菌具有感染多种植物的能力（多犯性），每年给全球农业带来的损失据估算高达数万亿日元。一般的植物病菌大都只会感染特定的植物并引发植物疾病，而灰葡萄孢菌则能感染番茄、茄子、青椒、草莓、葡萄、玫瑰、洋兰等多达1400多种的水果、蔬菜、花卉。科学家认为这种现象是因为灰葡萄孢菌能突破各类植物自带的抗菌防御体系所致，而灰葡萄孢菌是如何发挥多犯性的则一直未能明确。
此次，研究团队针对灰葡萄孢菌是如何应对植物抵抗病原菌所产生的抗菌物质的机理，进行了研究。
病虫害的攻击会激活植物的抵抗性。例如，西红柿和土豆会生成日齐素，青椒会生成椒二醇等倍半萜类抗菌物质。
将这类抗菌物质添加到灰葡萄孢菌中观察其变化，结果显示，椒二醇因为脱氢和氧化变成了对灰葡萄孢菌无害的环氧椒二醇；日齐素因为氧化分解成了对灰葡萄孢菌毒性降低的环氧日齐素或氢氧日齐素。
为了调查与上述分解反应相关的灰葡萄孢菌基因，研究团队在灰葡萄孢菌中分别添加了椒二醇、日齐素、白藜芦醇（葡萄的抗菌物质），24小时后通过RNAseq分析调查了表达量发生变化的基因。
结果显示，椒二醇、日齐素、白藜芦醇分别被不同的酶所分解。而且在灰葡萄孢菌所拥有的约1万2000个基因中，只有大约20多个基因被不同的抗菌物质激活。2种抗菌物质共同激活的基因仅数个，没有3种抗菌物质共同激活的基因，由此可以断定不同抗菌物质激活的灰葡萄孢菌基因是不同的。
另外，研究团队通过详细调查灰葡萄孢菌对椒二醇的反应，发现了让椒二醇脱氢的酶基因BcCPDH。破坏了该基因的灰葡萄孢菌会变得无法解毒椒二醇，对青椒的致病性降低。让其他各种植物感染这种破坏了BcCPDH基因的灰葡萄孢菌，结果发现除了能够生成椒二醇的植物，这种灰葡萄孢菌的致病性不会降低。由此说明BcCPDH基因是在灰葡萄孢菌病菌侵入植物时被激活的。
研究团队进一步调查了BcCPDH基因的同源基因在细菌的世界里是如何分布的，结果发现，在近缘种（Botrytis属）中只有灰葡萄孢菌拥有这种基因，可能只有灰葡萄孢菌实现了特殊的进化。根据进化分支出的几种病原菌都具有非常相似的基因这一点来判断，灰葡萄孢菌可能是在进化过程中，通过从其他微生物处平移获得了BcCPD基因。
此外，研究团队还发现了能氧化日齐素的基因、以及日齐素作用于病菌时从细胞中向外排出日齐素、起到压力泵作用的基因等。
结果就是：灰葡萄孢菌在感染多种植物时，以植物为了击退病原菌而产生的抗菌物质为标靶，通过激活相对应的感染机制，成功实现了对植物的感染。
竹本准教授指出“本次研究成果有助于开发对人、动物及环境微生物无害的安全有效的RNA农药，我们已经开始在实验室内进行RNA农药的效果解析研究。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：PNAS Nexus
论文：Botrytis cinerea identifies host plants via the recognition of antifungal capsidiol to induce expression of a specific detoxification gene
DOI：doi.org/10.1093/pnasnexus/pgac274
