【LorMe周刊】胞外核酸酶DNase助攻植物病原真菌的免疫逃逸
动植物免疫细胞不仅能分泌溶菌酶等物质“远程射杀”病原菌，还能自我牺牲编织exDNA和杀菌物质的“天网”捕杀灭病原菌。如何进行免疫逃逸是病原菌成功入侵宿主的关键。动物病原菌巧用胞外核酸酶DNase撕裂“天网”，迅速逃避宿主免疫的猎杀。那么，植物病原菌是否也掌握了类似的“破网之技”呢？康奈尔大学Turgeon教授团队以玉米小斑病菌为模式，破解了植物病原菌利用DNase进行免疫逃逸的过程和机理，同时初步探讨DNase介导免疫逃逸机理在植物病原菌内普适性的可能性。
科学问题：植物病原菌是否具有类似动物病原菌的DNase免疫逃逸机制？
研究思路：为解答这一科学问题，作者以玉米及玉米小斑病菌为模式，首先进行基因组分析，明确玉米小斑病菌基因组中可能编码DNase的基因，并构建相关基因缺失突变株及回补菌株。随后比较分析不同DNase基因对玉米小斑病菌的生理生化、DNase活性以及其致病能力的影响。最终证明植物病原菌具有类似动物病原菌的DNase免疫逃逸机制。
主要结论
一、基因组分析发现玉米小斑病菌C4拥有5个编码DNase的基因
表1 候选exDNase编码蛋白和基因缺失菌株的表型特征
图1 （A）WT、nuc1、nuc1[NUC1]菌落形态；（B）WT和nuc1表型
二、NUC1蛋白具有DNase活性
为验证NUC1和NUC2是否具有DNase活性，作者探索了nuc1、nuc2基因和胞外基质（ecm）缺失对小斑病菌总DNase活性的影响。结果显示：nuc1突变株、nuc2突变株及双突变株发酵液的DNase活性明显降低，同时玉米叶可诱导DNase的表达和分泌（图2）。结果表明：NUC1蛋白具有DNase活性，可能是小斑病菌降解玉米根际NETs的重要手段，与小斑病菌的致病力息息相关。
图2 候选DNase活性
三、NUC1是小斑病菌的毒力因子
为明确NUC1在小斑病菌致病过程中发挥的功能，作者研究了nuc1基因缺失对小斑病菌叶面及根系入侵的影响。结果显示：nuc1及双突变株叶面病斑尺寸减小，根部根部褐色病变有所减轻，而nuc1[NUC1]及添加DNase I所产生的损伤与WT相同（图3）。结果表明：NUC1是小斑病菌的毒力因子。
图3 nuc1基因缺失对小斑病菌叶面及根系入侵的影响
（A）叶面喷施WT C4、nuc1、nuc1[NUC1]；（B）根部接种WT C4、nuc1、nuc1+DNase I
总结
宿主与病原之间的博弈无时无刻不在进行，本文作者发现DNase有助于植物病原菌的宿主入侵，提高自身致病力。认为在植物病原菌中也广泛存在具有类似动物病原菌的DNase免疫逃逸机制，为动植物及其病原菌中常见的防御/反防御毒力机制提供了理论支持，并表明运用该机制可能是防控植物病害的新方向。
论文信息
原名：A DNase from a Fungal Phytopathogen Is a Virulence Factor Likely Deployed as Counter Defense against Host-Secreted Extracellular DNA
译名：胞外核酸酶DNase助攻植物病原真菌的免疫逃逸
期刊：mBio
IF：6.956
发表时间：2019.03
通讯作者：B. GillianTurgeon
通讯作者单位：康奈尔大学