一種困擾全球水稻作物的真菌進入植物細胞，使其容易受到簡單的化學阻斷劑的影響，這一發(fā)現(xiàn)可能導致新的殺菌劑，以減少水稻和其他有價值的谷物的大量年度損失。

每年，由真菌病原體米瘟疫引起的稻瘟病都會攻擊并殺死占全球水稻作物10%至35%的植物，具體取決于天氣條件。

加州大學伯克利分校的生物化學家由化學、分子和細胞生物學教授邁克爾·馬萊塔(Michael Marletta)領導，他們發(fā)現(xiàn)這種真菌分泌一種酶，可以在水稻葉子堅韌的外層打孔。一旦進入，真菌就會迅速生長并不可避免地殺死植物。

在本周發(fā)表在《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的一篇論文中，Marletta和他的同事描述了這種酶的結構以及它如何幫助真菌入侵植物。由于酶分泌到水稻葉子表面，因此簡單的噴霧可以有效地破壞酶消化植物壁的能力?？茖W家們現(xiàn)在正在篩選化學物質，以找到阻斷這種酶的化學物質。

“據(jù)估計，如果你能消滅這種真菌，你可以養(yǎng)活世界上60多萬人，”加州大學伯克利分校疾病分子生物學的Choh Hao和Annie LiMarletta說。“這種酶是一個獨特的靶標。我們希望我們能篩選出一些獨特的化學物質，并分拆出一家公司來開發(fā)這種酶的抑制劑。

這個靶標是Marletta和他的加州大學伯克利分校的同事10多年前在另一種更廣泛的真菌Neurospora中發(fā)現(xiàn)的稱為多糖單加氧酶(PMO)的酶家族之一。多糖是糖聚合物，包括淀粉以及使植物堅固的堅韌纖維，包括纖維素和木質素。PMO酶將纖維素分解成更小的碎片，使多糖容易受到其他酶(如纖維素酶)的影響，并加速植物纖維的分解。

“迫切需要更可持續(xù)的稻瘟病控制策略，特別是在南亞和撒哈拉以南非洲，”尼古拉斯·塔爾博特說，他是馬萊塔的同事和合著者，植物病害專家和英國諾里奇塞恩斯伯里實驗室執(zhí)行主任。“鑒于多糖單加氧酶對植物感染的重要性，它可能是開發(fā)新化學物質的寶貴目標，這些化學物質可以以比現(xiàn)有殺菌劑低得多的劑量施用，并且對環(huán)境的潛在影響較小。它也可能是完全無化學物質方法的目標，例如基因沉默。

Marletta和加州大學伯克利分校的博士生Will Beeson和Chris Phillips最初對這些酶感興趣，因為它們降解植物纖維素的速度比其他先前描述的酶快得多，因此有可能將生物質轉化為糖聚合物，可以更容易地發(fā)酵成生物燃料。真菌使用PMO來提供食物來源。

他和加州大學伯克利分校的同事隨后發(fā)現(xiàn)了一些跡象，即一些真菌PMO可能不僅僅是將纖維素轉化為食物。這些PMO在感染的早期階段被打開，這意味著它們在感染過程中很重要，而不是提供食物。

這就是Marletta，Talbot和他們的同事發(fā)現(xiàn)的。在博士后研究員Alejandra Martinez-D'Alto的帶領下，加州大學伯克利分校的科學家們對這種獨特的PMO進行了生物化學表征，稱為MoPMO9A，而Talbot和加州大學伯克利分校博士后研究員Xia Yan表明，敲除這種酶可以減少水稻植物的感染。

Marletta和他的加州大學伯克利分校的同事在真菌中發(fā)現(xiàn)了類似的PMO，這些PMO會攻擊葡萄，西紅柿，生菜和其他主要作物，這意味著新發(fā)現(xiàn)可能對植物真菌病害具有廣泛的應用。

“小分子抑制劑可以用來對付的不僅僅是大米。它們可以廣泛用于對抗各種不同的作物病原體，“Marletta說。“我認為，就植物病原體的藥物開發(fā)而言，這方面的未來非常令人興奮，這就是為什么我們將像往常一樣追求它的基礎科學，并試圖將其整合在一起，將其拆分為一家公司。

生物燃料導致攻擊真菌病原體

Marletta專門鑒定和研究人體細胞中新的和不尋常的酶。但10年前，當人們對生物燃料作為應對氣候變化的一種方式感到興奮時，他獲得了加州大學伯克利分校能源生物科學研究所的資助，以尋找其他生命形式中消化植物纖維素的速度比當時已知的酶快的酶。目標是將堅韌的纖維素纖維轉化為酵母可以發(fā)酵成燃料的短鏈多糖。

“我對我的兩個一年級研究生克里斯·菲利普斯(Chris Phillips)和威爾·比森(Will Beeson)說，'你知道，那里一定有生物吃纖維素的速度很快，'”馬萊塔說。這些是我們想要找到的，因為我們知道吃得慢的酶，而且它們在生物技術意義上并不是特別有用，因為它們很慢。

菲利普斯和比森成功地在一種常見的真菌神經孢子蟲中發(fā)現(xiàn)了速效酶，這是一種在火災后攻擊枯樹的第一批真菌之一，并且可以快速消化木材以獲取營養(yǎng)。他們分離出負責的酶，第一個已知的PMO，并描述了它是如何工作的。從那時起，Marletta的學生已經確定了16，000種PMO，大多數(shù)是真菌，但也有一些是食木細菌。迄今為止，這些在加速生物燃料作為其他酶混合物的一部分的生產方面取得了一些成功，盡管它們還沒有使生物燃料與其他燃料競爭。

但Marletta對這16，000個品種中的一小部分很感興趣，這些品種似乎不僅僅是為真菌提供營養(yǎng)。特別是MoPMO9A具有與幾丁質結合的氨基酸片段，幾丁質是一種形成真菌外層的多糖，但在水稻中沒有發(fā)現(xiàn)。雖然所有的PMO都被分泌，但MoPMO9A是在真菌的感染周期中分泌的。

隨后的研究表明，Magnaporthe將MoPMO9A濃縮在稱為壓迫的加壓感染細胞中，從中分泌到植物上，一部分酶與真菌的外部結合。酶的另一端在其中心嵌入了一個銅原子。當真菌將酶的松散端拍打到水稻葉片上時，銅原子催化與氧氣的反應以破壞纖維素纖維，幫助真菌突破葉片表面并侵入整個葉片。

“我們很好奇：'嘿，如果這種酶應該對纖維素起作用，為什么它有一個幾丁質結合域?'”Marletta說。“那時我們想，'嗯，也許它是分泌的，但它粘在真菌上。這樣，當真菌坐在植物上時，它可以在它和葉子之間有一個催化域，將孔打入葉子。

事實證明，情況確實如此。Marletta和Talbot現(xiàn)在正在測試產生PMO的其他病原體，看看它們是否使用相同的技巧進入并感染葉子。如果是這樣——Marletta相信他們會這樣做——它也為用噴霧殺菌劑攻擊它們開辟了途徑。

“你唯一能找到像這樣的PMO的地方是植物病原體，它們必須進入宿主。所以，他們幾乎肯定會以同樣的方式工作，“馬萊塔說。“我認為開發(fā)這種特定PMO抑制劑的工作范圍將遠遠超出水稻，盡管這本身非常重要。我們將能夠在其他重要的作物植物中使用它們。

　　免責聲明：本文由用戶上傳，與本網站立場無關。財經信息僅供讀者參考，并不構成投資建議。投資者據(jù)此操作，風險自擔。 如有侵權請聯(lián)系刪除！