刘伟1,2, 杜春梅1,2
1. 黑龙江大学农业微生物技术教育部工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150500;
2. 黑龙江大学生命科学学院, 黑龙江省普通高校微生物重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
收稿日期：2021-01-19；修回日期：2021-03-15；网络出版日期：2021-03-27
基金项目：国家自然科学基金（31370511，32172468）
*通信作者：杜春梅, E-mail: 1487598102@qq.com.
摘要：作为真核生物中普遍存在的现象，自噬不但实现了对细胞内物质的降解和回收利用，而且与植物病原真菌早期侵染阶段的附着胞发育、膨压升高、菌丝体形成、完成侵染等一系列过程密切相关，并且发挥了重要的作用。本文归纳了植物病原真菌自噬的相关基因和自噬过程；总结了自噬对病原真菌生长发育、致病力的调控和影响；概括了病原真菌自噬所涉及的信号通路；阐明了自噬影响植物病原真菌侵染过程的主要分子机制。为今后以自噬相关基因或蛋白作为靶点来筛选抑制病原真菌侵染的新型药物提供新的策略和思路。
关键词：植物病原真菌自噬Atg基因侵染致病力
Research progress on autophagy of plant pathogenic fungi
Wei Liu1,2, Chunmei Du1,2
1. Engineering Research Center of Agricultural Microbiology Technology, Ministry of Education, Heilongjiang University, Harbin 150500, Heilongjiang Province, China;
2. Key Laboratory of Microbiology, College of Heilongjiang Province, School of Life Sciences, Heilongjiang University, Harbin 150080, Heilongjiang Province, China
Received: 19 January 2021; Revised: 15 March 2021; Published online: 27 March 2021
*Corresponding author: Chunmei Du, E-mail: 1487598102@qq.com.
Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China (31370511, 32172468)
Abstract: As a ubiquitous phenomenon in eukaryotes, autophagy not only achieves the degradation and recycling of intracellular substances, but also interacts with a series of processes such as the appressorium development, turgor increase, mycelium formation, and completion of infection, etc, in the early infection stage of plant pathogenic fungi, and plays an important role in these bio-processes. In the present review the autophagy related genes and the autophagy process of phytopathogenic fungi are smmarized; the regulation and influence of autophagy on the growth and development and the pathogenicity of pathogenic fungi are generalized; the autophagy related signaling pathways of pathogenic fungi are illustrated; and the main molecular mechanisms of autophagy influencing the infection processes of phytopathogenic fungi are clarified. These provide new strategies and ideas for screening new drugs that inhibit pathogenic fungi infection by using autophagy-related genes or proteins as targets in future studies.
Keywords: phytopathogenic fungiautophagyAtg geneinfectionpathogenicity
植物病原真菌性病害约占植物病害的70%-80%，具有危害性大、传播面广、难以彻底防控的特点。目前广泛使用的化学药剂存在农药残留和污染环境等问题，而且可能造成病原菌产生抗药性而形成难以预估的生态隐患，亟待研发一些靶标性强、效果好且安全性高的新型药剂来满足农业生产的需求。有研究发现，大多数病原真菌自噬突变体由于发育的缺陷导致其致病性显著降低，甚至丧失致病性[1]，其证明了自噬对病原真菌的生长发育和侵染性具有重要影响。因此，深入研究自噬的机制和影响因素能为研发有效阻断病原真菌发育和侵染途径的防治策略提供新的靶点。
1963年Christian de Duve第一次提出了“自噬”的概念，将溶酶体的“异噬”和“自噬”的功能进行了区分[2]。1992年Takeshige等第一次提出了“自噬体”的概念，并首次报道了营养匮乏诱导酵母细胞液泡中细胞溶胶成分广泛自噬降解的现象[3]。目前已知自噬是真核细胞中普遍存在的现象，是细胞内具有双膜结构的自噬小泡将一些细胞物质包裹并运送到溶酶体(动物)或液泡(真菌和植物)中进行降解回收利用的现象[4]。自噬在进化上高度保守，从酵母到哺乳动物的自噬的分子机制都十分相似，并且对维持生物正常生长、免疫等具有重要作用。自噬现象在植物病原真菌中也普遍存在。已知自噬对稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)、禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)、大豆疫霉(Phytophthora sojae)、炭疽病菌(Colletotrichum spp.)等植物病原真菌的生长发育[5]、孢子形成[6]、致病力和侵染过程[7]等方面有极其重要的影响，对灰葡萄孢(Botrytis cinerea)和粮储病害米曲霉(Aspergillus oryzae)的生长发育、分生孢子的形成也起着关键性的作用。因此，深入和广泛了解植物病原真菌的自噬现象对于以自噬相关基因或蛋白作为靶点来筛选抑制病原真菌侵染的新型药物能够提供新的思路和策略。本文总结了植物病原真菌自噬的相关基因、分子机制和相关信号通路，以及自噬对病原真菌生长发育、致病力的影响，以期为抗病原真菌新药剂的筛选和建立更有效的防控策略提供科学依据。
1 植物病原真菌自噬相关基因及其功能 1997年，Yoshinori Ohsumi通过酵母克隆出自噬相关基因(autophagy related genes，Atg) Atg1，证明部分蛋白对自噬体的形成具有重要作用[8]。目前人们已经从以真菌自噬研究的模式菌株酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中发现了约42个细胞自噬相关基因，为真菌自噬机制的深入研究奠定了基础，并极大地促进了植物病原真菌自噬与侵染关系的研究。大多数在酿酒酵母中发现的自噬基因，在植物病原真菌中也被证实存在。自噬基因不仅对真菌的生长发育有重要的影响，也是影响其致病力的关键因素。然而，尽管自噬是高度保守的，不同真菌自噬相关基因所编码的蛋白的功能也不尽相同，如稻瘟病菌中Mo Atg1的缺失使其丧失了致病性，脂滴积累减少、附着胞膨压降低、分生孢子萌发减慢，细胞核自噬受损；而在罗伯茨绿僵菌(Metarhizium robertsii)中Mr Atg1缺失主要导致气生菌丝生长、分生孢子萌发和毒力受损；产黄青霉菌(Penicillium chrysogenum)中Atg1的缺失则会导致分生孢子减少、过氧化物酶体增加、青霉素生产过剩等[9]。不同真菌中自噬基因和蛋白功能的差异也引发了人们对不同真菌自噬现象的广泛关注，成为自噬研究的热点之一。
稻瘟病菌作为研究自噬与致病力关系的模式菌株，人们已经从中发现了29个与致病力密切相关的自噬基因(Mo Atg1-29)，其中Atg1、Atg8等关键基因分别负责参与自噬的起始、自噬体形成过程中自噬泡膜的延伸等重要作用。其中，Atg1编码的Atg1是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，介导自噬过程的大部分信号通路都集中在调节Atg1的活性上，其对选择性自噬Cvt (cytoplasm-to-vacuole targeting)通路和非选择性自噬的关键作用不言而喻[10]。在饥饿条件下，Atg1激酶的活性增加，发生自我磷酸化，满足自噬诱导的需要[11]，但是在诱导自噬后不久该蛋白在体内却发生部分去磷酸化[12]，因此Atg1激酶活性的增加及其磷酸化状态在自噬诱导中起着关键作用。Atg1激酶的活性需要Atg13和Atg17酶协作调节，在饥饿诱导下雷帕霉素靶点(target of rapamycin，TOR，是自噬过程中起调控作用的蛋白激酶)活性下降，导致Atg13去磷酸化，从而增加其亲和力，促进Atg1和Atg17的结合，使Atg1激酶的活性升高[13]。因此，那些Atg1、Atg13、Atg17之间相互作用被破坏的突变体的自噬过程都会受到不同程度的阻碍。
Kershaw等为了探究真菌自噬机制中每个自噬基因突变体产生的作用及影响，构建了22个核心自噬基因突变体，对突变体的表型观察发现，缺失非选择性巨噬细胞必需的16个基因中的任何一个，稻瘟病菌的自噬过程受阻，分生孢子数量减少，分生孢子的程序性细胞死亡和附着胞成熟都会受到影响，使致病性减弱或丧失[14]。但是ΔAtg13的致病性并未完全消失，说明在自噬的启动过程中，除Atg1-Atg13-Atg17复合体外，应该还存在其他的因子参与或介导稻瘟病菌自噬的起始。大多数自噬基因的突变或丢失可以导致稻瘟病菌附着胞形成受阻且丧失致病性(表 1)；而将缺失的自噬基因再次导入到突变体，稻瘟病菌又可以正常发育，且恢复其致病性[15]；全基因组分析证明了非选择性自噬(随机地吞噬和降解细胞质中的蛋白质和细胞器等物质)[16]比选择性自噬(清除功能失调的或多余的代谢物质)[17]对病原真菌侵染植物具有更重要的作用[14]。Lv等在禾谷镰刀菌中发现了33个自噬相关基因(Fg Atg1-33)[5]，大多数都与致病力密切相关。Chen等通过全基因组分析研究了大豆疫霉中的26个自噬相关基因[18]，并构建了自噬途径模型。另外，对炭疽病菌、黑穗病菌(Ustilago nuda)、稻曲病菌(Ustilaginoidea oryzae)、灰葡萄孢(Botrytis cinerea)、米曲霉(Aspergillus oryzae)等病原菌自噬基因的研究，也证实了植物病原真菌自噬对生长发育和致病力起着关键的作用。
表 1. 稻瘟病菌自噬相关基因及突变体表型 Table 1. Autophagy related genes in Pyricularia oryzea and their phenotypes of mutants
| Autophagy-related gene | Protein function | Phonotype of deletion mutant | References |
| Mo Atg1 | Ser/Thr protein kinase inducing autophagy initiation | Loss of pathogenicity | [14-15, 19] |
| Mo Atg2 | Composition of atg2-atg18 complex | The loss of pathogenicity and the formation of conidia and appressoria decreased | [14, 20] |
| Mo Atg3 | E2 cross linked enzyme coupled with PE and Atg8 | Loss of pathogenicity | [14] |
| Mo Atg4 | Processing Atg8 protein modified cysteine protease | Loss of pathogenicity, slow germination and appressorium formation of conidia, decrease of conidia formation, and formation of aerial hyphae and capsule | [19, 21-22] |
| Mo Atg5 | Part of the Atg12-Atg5 complex, involved in autophagosome formation | Loss of pathogenicity, reduction of conidia and formation of envelope | [14, 23] |
| Mo Atg6 | Components of PI3K kinase complex | Loss of pathogenicity | [14] |
| Mo Atg7 | E1 activating enzymes of atg12 and Atg8 | ||
| Mo Atg8 | Ubiquitin like protein coupled with PE | Loss of pathogenicity and weakening of meristem | [6, 14, 21, 24] |
| Mo Atg9 | Transmembrane proteins, shuttle cycle | Loss of pathogenicity, reduction of conidia and formation of appressorium | [14, 20] |
| Mo Atg10 | E2 enzyme coupled with atg12 ATG5 | Loss of pathogenicity | [14] |
| Mo Atg11 | Adaptor proteins for selective autophagy | Pathogenicity | |
| Mo Atg12 | The components of atg12-atg5 complex | Loss of pathogenicity | |
| Mo Atg13 | The composition of Atg1 kinase complex | Decreased pathogenicity | [14, 20] |
| Mo Atg15 | Participate in the degradation of autophagic vesicles | Loss of pathogenicity | [14] |
| Mo Atg16 | The components of atg12-atg5 complex | ||
| Mo Atg17 | Scaffold protein of PAS tissue | ||
| Mo Atg18 | Phosphatidylinositol binding protein | Decreased pathogenicity | |
| Mo Atg24 | Connexin, involved in the Cvt pathway | The formation and division of aerial hyphae decreased | [14, 25] |
| Mo Atg26 | Sterol glucosyltransferase, involved in autophagy | Pathogenicity | [14] |
| Mo Atg27 | Involvement in autophagy and Cvt pathway | ||
| Mo Atg28 | Coiled coil protein, involved in autophagy | ||
| Mo Atg29 | Composition of atg17-atg29-atg31 complex |
表选项
2 植物病原真菌的自噬过程 植物病原真菌的自噬过程与酵母类似，是介导蛋白质和细胞器结合到膜结构并进入到液泡中进行降解的过程。主要由5个系统参与自噬过程(图 1)。
 |
| 图 1 真菌的自噬过程 Figure 1 Processes of autophagy in fungi. |
| 图选项 |
Atg1-Atg13-Atg17复合体自噬起始系统：正常生长条件下，作为调节蛋白的TOR直接磷酸化Atg13，从而阻止其与Atg1的相互作用[26]，但当病原真菌受外界环境、营养缺乏、损伤、缺氧、ROS积累等胁迫或者被雷帕霉素处理后，TOR的活性降低，Atg13经历去磷酸化后与Atg17结合并激活Atg1促进了Atg1-Atg13-Atg17复合体的形成[27]。当该复合体定位在自噬起始位点(pre-autophagosomal structure，PAS位点)时，标志着自噬的起始[28]。
Atg9-Atg2-Atg18转运循环系统：当自噬被诱导后，分布在PAS位点周围的Atg9蛋白与Atg2、Atg18蛋白互作，形成一个个囊泡状的结构从而促进自噬膜的延伸，并最终形成自噬体[29]。当自噬体形成后，Atg9蛋白不被降解，可以循环利用，促进后续自噬体的形成[30-31]。
PI3K激酶复合体：在自噬体形成的过程中，PI3K激酶复合体具有两个作用：一是由Atg6、Atg14、Vps15和Vps34组成的激酶复合体促进自噬体的延伸和扩张，招募Atg2、Atg18、Atg20、Atg24等下游途径中的相关蛋白；二是由Atg6、Vps15、Vps34和Vps38组成的激酶复合体参与内吞途径[32]。
Atg8-PE类泛素系统和Atg12-Atg5类泛素系统：在Atg8-PE类泛素系统中，Atg8的激活需要Atg4切除其氨基酸残基[21]；同时，在Atg12-Atg5-Atg16类泛素系统中，Atg12蛋白先通过C端甘氨酸连接到Atg5蛋白的赖氨酸，再与Atg16结合作为E3泛素连接酶，并在Atg7 (类似于E1泛素激活)、Atg3 (类似于E2泛素结合)酶蛋白作用下，参与Atg8与PE结合锚定在自噬小泡的外膜上，促进自噬体的延伸和扩展[33]。最终形成的自噬体需要通过SNARE、Rab相关蛋白与液泡融合，从而实现降解的目的。在哺乳动物中，一些非ATG基因(Rab1、Rab5和Rab11)也参与自噬途径，它们通过调节自噬中mTOR的活性，参与并影响自噬体的形成和自噬体-溶酶体融合[34]，在植物病原真菌中是否也有非ATG基因参与自噬尚不明确。
从自噬体形成的过程中，可以看到Atg1-3、Atg5、Atg7-9、Atg12-13、Atg16-18以及Atg20、Atg24密切参与自噬体的起始、转运、延伸、扩展等过程，因此后续研究者对于大部分Atg自噬基因的研究多利用基因敲除构建突变体，从而研究自噬对于植物病原真菌生长发育、致病性等的影响。
3 自噬调控致病性的信号通路和分子机制 对稻瘟病菌自噬与致病相关性的研究发现，自噬对致病力的影响主要涉及6个信号通路：负责感知环境变化和信号传递的G蛋白信号通路，与附着胞发育和对疏水膜界面识别相关的cAMP-PKA信号通路，与附着胞膨压积累及侵染钉形成相关的Pmk1-MAPK和Mps1-MAPK信号通路，与分生孢子形成和侵染密切相关的钙离子信号通路[35-36]，以及涉及膨压积累和细胞分裂的TOR信号通路[37]。
Marroquin-Guzman等研究表明葡萄糖-ABL1-TOR信号调节细胞的周期和分化，参与自噬细胞的凋亡[38]。在此过程中，雷帕霉素的靶点识别细胞外信号，并通过控制Atg1-Atg13-Atg17复合物调节自噬。有研究表明，自噬基因Mo Atg1的缺失导致稻瘟病菌附着胞内的甘油浓度降低，附着胞膨压下降，不能穿透寄主表皮细胞而进行侵染。Yin等研究发现可以通过上调Mo Atg1和Mo Atg17的表达使Mps1-MAPK信号通路得到恢复，同时MoAtg1也可以通过激活Mps1来调控Mps1-MAPK信号通路，从而调控稻瘟病菌的致病性[39]。作为关键的蛋白激酶信号，TOR能应对外界环境胁迫，如抑制蛋白质翻译，或者作用在Atg1-Atg3蛋白复合体上，依据环境的变化调节Atg13进行磷酸化或去磷酸化[40]，通过控制下游效应蛋白来启动细胞自噬[41-42]。即在Atg1-Atg13蛋白复合体中，作为核心的蛋白激酶Atg1在以Atg11和Atg17作为支架蛋白的条件下，能够与Atg13结合，激活复合体进入PAS位点[43]。
在侵染过程的不同阶段，TOR活性被精准调控以满足不同时期的营养环境：如在附着胞形成阶段，营养胁迫造成TOR活性降低、细胞分裂受阻、膨压持续升高；在侵染阶段，营养胁迫消失导致TOR活性升高、细胞不断生长分裂以完成侵染[44]。作为TOR上游的负调控因子，Mo Abl1和Mo Asd4分别通过调控依赖于NADPH的葡萄糖信号通路和氨基酸代谢激活或者抑制TOR的活性，从而实现核转移，启动细胞分裂，或促进附着胞的形成[38, 45]。而对TOR下游的Mo Atg13、Mo Snt2、Mo Tap42和Mo Lmp1等的研究表明，TOR除了调控细胞生长分裂外，还会调控自噬和细胞壁的完整性[37, 46]。
研究发现，稻瘟病菌中的细胞壁完整性(cell wall integrity，CWI)途径主要由3个激酶元件组成，即Mo Mck1 (MAPKKK)、Mo Mkk1 (MAPKK)和Mo Mps1 (MAPK)。高亲和力环状单磷酸腺苷(cAMP)磷酸二酯酶Mo PdeH在CWI激酶途径的上游起作用，以调节细胞壁完整性，并且Mo PdeH还介导了cAMP信号传导途径，渗透传感高渗透压甘油(HOG)途径与二硫苏糖醇(DTT)诱导的稻瘟病菌未折叠蛋白反应(unfolded protein response，UPR)途径[47]。最近研究发现，DTT不仅可以诱导内质网胁迫，还可以诱发细胞自噬：细胞自噬核心蛋白Mo Atg1可以应答DTT胁迫，磷酸化Mo Mkk1，从而激活CWI途径。同时发现，在稻瘟病菌侵染水稻时，病菌体内造成的内质网胁迫可激活Mo Atg1特异性地磷酸化Mo Mkk1，且该磷酸化对于稻瘟病菌CWI途径的激活和致病力至关重要[48]。Yin等发现在稻瘟病菌侵染过程中，内质网(ER)应激被高度诱导，并且细胞壁完整性途径中的Mo Mkk1激酶丝氨酸115是自噬核心蛋白Mo Atg1的磷酸化位点，通过磷酸化调节增强病菌的致病力，该研究首次揭示了内质网应激下自噬与细胞壁完整性信号相互协调，对稻瘟病菌致病性进行协同控制[39]。
4 植物病原真菌自噬对生长发育及致病力的影响 植物病原真菌为了突破宿主表皮屏障，在两者接触的细胞界面产生特殊的侵染结构——附着胞，从而实现相互识别、粘附、穿透等侵染过程[49]，在此过程中，自噬在病原真菌的生长发育、侵染方面都发挥了重要的作用。由于病原真菌是多细胞生物，在生长前期缺乏营养供给时，新细胞的生长发育依赖于老细胞传递营养物质，而自噬的缺失导致老菌丝中的细胞核、脂类和糖原等物质无法被降解利用，同时造成活性氧积累；而营养供给受阻，又导致新细胞生长发育受阻[50-51]。使分生孢子减少，附着胞形成受阻或形成后发育受阻(如中央液泡未能积累大量的甘油，不能产生足够的膨压穿透宿主细胞壁)，不能完成侵染过程。
4.1 稻瘟病菌自噬对生长发育及致病力的影响 在过去的十几年中，稻瘟病菌被广泛用作研究植物和病原真菌之间相互作用的模式真菌，也是研究自噬与致病力关系的模式真菌。作为半活体营养(hemibiotroph)生物，稻瘟病菌在诱导宿主细胞坏死前，附着胞的发育、菌丝生长以及侵染的早期阶段都会经历营养胁迫，需要通过自噬降解细胞内储存的糖类、脂肪等物质以满足发育过程，从而保证其具备完整的侵染力。非选择性自噬对于稻瘟病菌侵染具有更重要的作用，缺失非选择性巨噬细胞必需的16个基因中的任何一个，都会对致病性产生显著影响。
研究表明Mo Atg8是诱导细胞死亡和致病性必不可少的自噬基因，通过调控稻瘟病菌的糖原而影响分生孢子形成及附着胞的发育。2006年，Veneault-Fourrey等发现稻瘟病菌附着胞的形成需要依次完成有丝分裂、核迁移、分生孢子的程序性死亡，此过程受到自噬的严格调控，他们观察到ΔMo Atg8突变体在侵染48 h之后，其分生孢子细胞未能正常程序性死亡，从而影响了附着胞的发育，无法形成有效的内生菌丝，使稻瘟病菌丧失致病性。这表明自噬对分生孢子的程序性死亡、附着胞的成熟和侵染的实现具有重要的作用[6]。Deng等发现带有RFP标记的自噬蛋白Mo Atg8在稻瘟病菌无性发育过程的菌丝和分生孢子中被显著诱导表达，表现出特异性的定位和富集。ΔMo Atg8形成分生孢子的能力大大降低，但是添加葡萄糖等外源糖原会恢复此类缺陷，表明自噬基因通过调节稻瘟病菌体内糖原的稳态来影响菌体的生长和分生孢子的形成[24]。
2007年，Liu等发现缺失了编码丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的Mo Atg1基因的ΔMo Atg1突变体中自噬被阻断，而将完整的Mo Atg1基因拷贝导入突变体后，ΔMo Atg1恢复了感染能力，证明了自噬在附着胞形成和成熟过程中对维持脂质体的稳态起着重要作用，是保证稻瘟病菌的正常发育和致病性的关键因子[15]。2010年，Liu等通过酵母杂交和双分子荧光互补(BiFC)分析实验研究Mo Atg4与Mo Atg8相互作用对于细胞分化和致病性的影响，结果表明Mo Atg4的缺失引起气生菌丝、分生孢子、子囊壳显著减少，并且使分生孢子的萌发和附着胞的形成发生延迟现象。同时，由于附着胞的膨压较低，ΔMo Atg4突变体失去了侵染植物的能力，但是将Mo Atg4拷贝基因重新引入到突变体时，又可以恢复正常的生长发育和致病性[32]。稻瘟病菌突变体ΔMo Atg8、ΔMo Atg9、ΔMo Atg14的菌丝会出现不同程度的坍塌和自溶，揭示了自噬基因的缺失会阻碍稻瘟病菌利用营养物质进行生长发育[21, 52]。而ΔMo Atg11、ΔMo Atg24、ΔMo Atg26、ΔMo Atg27、ΔMo Atg28、ΔMo Atg29突变体对稻瘟病菌在侵染过程中致病力的影响较小。
4.2 禾谷镰刀菌自噬对生长发育及致病力的影响 Lv等通过全基因组分析对禾谷镰刀菌中自噬相关基因进行了鉴定和表征，确定了28个自噬相关基因，并通过靶向基因缺失，构建了28个自噬基因突变体。在营养丰富的PDA培养基中，ΔFg Atg1、ΔFg Atg3-11、ΔFg Atg14-15、ΔFg Atg20、ΔFg Atg22-24、ΔFg Atg29和ΔFg Atg33菌落的径向生长与野生型菌株PH-1相比均表现出明显的降低；在致病力方面，发现除Fg Atg17以外，其他任意一个ATG基因的缺失都能阻止镰刀菌侵染；ΔFg Atg1和ΔFg Atg5则显示出自噬的严重缺陷。说明自噬相关基因在禾谷镰刀菌的生长、无性/性孢子形成(表 2)、脱氧雪腐烯醇(DON)的合成和致病力中起关键作用[5]。Fg Atg15基因编码一种在发育中有重要作用的脂肪分解酶，参与禾谷镰刀菌的许多发育过程。其缺失会导致分生孢子的发生、形状、萌发、生长率和气生菌丝的缺陷。在营养缺乏的条件下，野生型禾谷镰刀菌能降解储存的脂滴，而突变体则失去这种能力。小麦赤霉病菌突变体ΔFg Atg15的侵染力严重减弱，其疾病严重度只有9%，而野生型和异位株分别为92%和88%，且产生的DON的浓度比野生型菌株低55%[53]。细胞学观察和蛋白质印迹分析表明ΔFg Atg20突变体的液泡运输和GFP-Fg Atg8蛋白的水解存在缺陷。Fg Atg20是非选择性宏观自噬所必需的，也是Cvt途径的重要因子[54]。Fg Atg20能与Fg Atg1、Fg Atg11、Fg Atg17和Fg Atg24形成复合物，在禾谷镰刀菌的生长分化、致病性中起关键作用。
表 2. 病原真菌缺失突变体表型 Table 2. Phenotypes of deletion mutants of some phtopathogenic fungi
| Fungus | Autophagy-related gene | Autophagy-related gene describe | Reference cited |
| Fusarium graminearum | Fg Atg1-Fg Atg8 | Decreased conidia and decreased pathogenicity | [5] |
| Fg Atg9 | [23] | ||
| Fg Atg10-Fg Atg14 | [5] | ||
| Fg Atg15 | [53] | ||
| Fg Atg16 | [5] | ||
| Fg Atg17 | Unchanged | ||
| Fg Atg18 | Decreased conidia and decreased pathogenicity | ||
| Fg Atg20 | [54] | ||
| Botrytis cinerea | Bc Atg1 | Decreased conidia and decreased pathogenicity | [9] |
| Bc Atg3 | [56] | ||
| Bc Atg4 | No conidia and decreased pathogenicity | [58] | |
| Bc Atg7 | Decreased conidia and decreased pathogenicity | [56] | |
| Bc Atg8 | [55] | ||
| Bc Atg14 | No conidia and decreased pathogenicity | [57] | |
| Bc Atg17 | Massive conidia but decreased pathogenicity | ||
| Bc Atg26 | Decreased pathogenicity | ||
| Phytophthora sojae | Ps Atg6a | Decreased conidia and decreased pathogenicity | [18] |
| Ps Atg6b | Unchanged | ||
| Colletotrichum spp. | Co Atg8 | Decreased conidia and decreased pathogenicity | [59] |
| Co Atg26 | |||
| Aspergillus oryzae | Ao Atg4 | Decreased conidia and decreased pathogenicity | [62-63] |
| Ao Atg8 | |||
| Ao Atg13 | |||
| Ao Atg15 |
表选项
4.3 灰葡萄孢自噬对生长发育及致病力的影响 自噬对灰葡萄孢的菌丝生长、分生孢子和菌核发育、致病力等方面起着关键作用。Ren等发现缺失Atg1的灰葡萄孢突变体ΔBc Atg1在缺氮胁迫下其自噬体的积累受到抑制，并且其营养生长、分生孢子和菌核的形成均显著受损[9]。使用同源重组策略产生的ΔBc Atg3、ΔBc Atg7和ΔBc Atg8突变体的自噬被阻断，且他们的菌丝生长、分生孢子产生、菌核形成和毒力都受到显著损害[55-56]。ΔBc Atg14、ΔBc Atg17和ΔBc Atg26突变体的自噬水平降低，菌丝生长速度减慢，菌落畸形，致病力降低，对过氧化氢和植保素的耐受性低于野生型菌株，ΔBc Atg26的菌核黑化延迟，ΔBc Atg14只能形成很小的菌核[57]。ΔBc Atg4的自噬受到抑制，不能形成分生孢子层，菌丝生长、菌核发育和致病性均受到显著影响[58]。
4.4 其他病原真菌自噬与致病力关系的研究现状 在其他植物病原真菌中，自噬对菌体生长、发育、产孢等过程也起到重要的作用(表 2)。Chen等使用GFP-Ps Atg8融合蛋白和荧光染料MDC观察到通过雷帕霉素和饥饿处理的大豆疫霉的自噬现象，且在感染阶段时Atg基因广泛表达，表明自噬是侵染过程的必要因素；同时，观察到大豆疫霉中的Ps Atg6a沉默导致孢子减少、致病力下降[17]。Asakura等采用随机插入突变筛选得到炭疽菌ΔCo Atg26突变体，尽管产生了附着胞，但是未能实现侵染，使用绿色荧光蛋白标记的融合蛋白进行分析表明，Co Atg26位于假定的PAS位点。这表明在炭疽菌侵染植物前期，可能需要选择性自噬介导[59]。而与能够形成附着胞的ΔCo Atg26突变体不同，ΔCo Atg8突变体在整个自噬途径中有缺陷，并且影响形态发生的早期过程，导致不能形成正常的附着胞。Zhang等发现黑穗病菌ΔSs Atg8突变体的自噬过程被氮饥饿所阻断，表明自噬对于黑穗病菌孢子体阶段的氧化应激耐受性和营养吸收方面具有重要的作用[60]。Meng等研究发现稻曲病菌ΔUv Atg8突变体在营养生长、分生孢子形成、应激反应、高渗、细胞壁应力和有毒化合物的产生方面存在缺陷，导致稻曲病菌的致病力大大降低[61]。
自噬在米曲霉的分化中也起着重要作用。Kikuma证明米曲霉ΔAo Atg8、ΔAo Atg13、ΔAo Atg4和ΔAo Atg15都表现生长、分生孢子形成、自噬体形成和消化等方面的缺陷[62]，分生孢子数量都明显减少。ΔAo Atg13与ΔAo Atg8表型不同[63]，ΔAo Atg4和ΔAo Atg8表型相似。ΔAo Atg15中分生孢子形成的减少是由于液泡中脂质囊泡裂解的缺陷所致。
5 讨论 研究病原体与植物间的互作及信号传递有助于找到减少作物病害的靶点，为植物病原真菌的防控提供新的思路。鉴于自噬有助于病原体侵染植物的同时，也有助于植物抵御病原入侵，使自噬能为研究病原体与植物互作之间的关系提供关键信息。随着对病原体自噬机制及所涉及的信号通路、影响因子的深入探讨，自噬在病原体-宿主植物之间的相互作用与影响也会越来越明确。而研究一些药物对自噬机制的扰动，将为筛选新药提供科学依据，已有文献表明，指甲花醌(lawsone)可能通过激活自噬相关途径抑制镰刀菌感染宿主[64]，和厚朴酚(honokiol)能显著诱导灰葡萄孢自噬泡的形成，激活Atg基因的表达，加剧细胞的自噬和凋亡，减轻其毒力[65]。本实验室研究表明，脂肽处理导致稻瘟病菌chit基因和β-1, 3 glu基因表达的上调，使几丁质酶和β-1, 3-葡聚糖酶迅速积累，细胞壁完整性被破坏[66]。而用不同浓度的脂肽处理稻瘟病菌，其Mo Atg8的表达产生了不同的反应，表达量发生了显著变化，初步推断脂肽抑制细胞壁组分的合成可能与其扰乱细胞自噬进程相关。然而脂肽影响几丁质酶和β-1, 3-葡聚糖酶的表达和其影响自噬基因表达之间的因果关系尚不明确，需要进一步研究。已有文献表明自噬与细胞壁完整性信号相互协调，对稻瘟病菌致病性进行协同控制。因此，推测脂肽对稻瘟病菌的防控作用，除了其抑制真菌细胞壁组分合成、在细胞膜上形成孔道和诱导植物防御反应之外，可能对病原菌的自噬以及由自噬影响的病原菌与植物间的互作有重要的影响。
目前人们对自噬影响病原真菌致病性的机制的理解还不透彻，其中存在的问题及解决方法有：(1) 目前的研究集中于自噬突变体对于植物病原菌生长发育、产孢、致病力等方面的影响，但是突变体的最终表型并不能解释自噬在病原真菌不同阶段的具体精准调节过程。这可借助代谢组学和蛋白质组学等方法来阐明自噬在此过程中的功能、路径和信号传导过程；(2) 对于自噬基因的分子机制研究大多使用基因敲除突变体的方法，但细胞内的复杂生理生化环境稳态在自噬基因敲除后不可避免地会产生非特异性的连锁反应，这对于解释具体的自噬基因功能具有较大的影响。使用精准的靶向受体和特异性标记物等方法，可能减小细胞内环境的非特异性反应，对于研究自噬机制可能具有更好的作用效果；(3) 除自噬模式生物的相关基因研究外，还需要关注自噬相关通路及其网络互作效应分析，以进一步明确它们对植物病原真菌的致病性的作用机制，从而探索与此相关的生物控病策略和方法。
相信随着生物技术的迅速发展，将提高人们对植物病原真菌自噬功能的深入理解，为找到精准的自噬相关蛋白，并由此作为抑菌靶点物质来筛选抗真菌药物，为控制植物病原真菌的侵染提供重要的科学依据。
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