对Stemphylium lycopersici（番茄链格孢）与番茄之间相互作用的分析揭示了该病原体的致病性和毒力因子，这些因子会改变病原体的毒力

《Physiological and Molecular Plant Pathology》：Analysis of Stemphylium lycopersici - tomato interaction revealed pathogenicity and virulence factors that modified virulence of the pathogen

番茄灰色叶斑病由Stemphylium属真菌引起，本研究通过代谢组学、转录组学和蛋白质组学分析，探讨了该真菌与番茄的互作机制，鉴定出效应蛋白（如AvrLm4-7、Asp f2）和次生代谢物（如漆酶、纤维素酶）作为致病关键因素，并发现不同菌株的代谢物谱和环境适应性差异显著影响其致病性。

　　

R. Medina | M.E.E Franco | L.C. Bartel | S.M.Y Lopez | C.G. Lucentini | N.I. Kripelz | M.C.N Saparrat | P.A. Balatti

布宜诺斯艾利斯省科学研究委员会（CIDEFI-CICPBA）植物病理学研究中心，拉普拉塔国立大学农业与林业学院，拉普拉塔，阿根廷

摘要

番茄灰叶斑病是一种由腐生真菌S. solani、S. lycopersici（同义词S. floridanum）、S. botryosum f. sp. lycopersici和S. vesicarum引起的真菌病害，该病害导致番茄产量减少约15%至25%。本研究的目的是通过代谢组学、转录组学和蛋白质组学分析，探讨Stemphylium lycopersici与番茄之间的相互作用，以识别可能作为效应因子或毒力因子的蛋白质和次级代谢产物（SMs）。我们在不同的培养基中培养了这种真菌，并添加了叶片提取物（LE），以评估叶片提取物如何改变病原体的分泌组和SMs组成。同时，我们还从受S. lycopersici感染的对照植物和病株中提取了RNA。我们鉴定出了具有毒力和/或致病性的可溶性SMs和蛋白质。不同分离株的SMs组成存在差异，并受到环境条件的影响。该真菌能分泌大量多种纤维素酶和糖苷水解酶，这些酶在感染过程中会破坏细胞壁；此外，S. lycopersici CIDEFI 213株的毒力似乎受到一种多拷贝抑制因子（如漆酶、醇氧化酶、无毒力效应因子AvrLm4-7、小檗碱类似蛋白、几丁质酶、阿魏酰酯酶A和主要过敏原Asp f 2）的控制。

引言

2023年全球番茄（Solanum lycopersicum）的种植面积为5,412,458公顷，其中阿根廷约为19,532公顷（联合国粮农组织数据）。根据美国国家食品与农业研究所的统计，40%至50%的作物因害虫和病害而减产[1]。在番茄中，病害会导致产量减少15%至25%[2]。 番茄灰叶斑病是一种发生在温暖潮湿地区的真菌病害，由Stemphylium属的几种真菌引起，包括S. solani、S. lycopersici（同义词S. floridanum）、S. botryosum f. sp. lycopersici和S. vesicarum[2]。在阿根廷，只有S. solani和S. lycopersici被确认为该病的致病菌[3, 4]。灰叶斑病的症状表现为叶片枯萎脱落，从而降低产量。近年来，随着温室等温暖潮湿环境中的番茄种植面积扩大以及新品种的引入，该病的发生率和严重程度有所增加[5, 6]。 植物病原体通常根据其与宿主植物的关系被分为生物营养型、腐生型和半生物营养型[7]，或者根据其感染一个或多个宿主的能力被分为广宿主型和窄宿主型[8, 9]。Stemphylium属真菌属于广宿主腐生型病原体[10]。 在病害发展过程中，病原体会合成并释放致病性和毒力因子[11]，这些因子促进植物感染[12, 13]。尽管部分因子对病原体毒力至关重要，但其他因子则调节其生长和致病性[14]。 许多研究致力于阐明真菌的毒力和致病性因子，但它们的作用机制尚不明确[8]。例如，β-葡萄糖苷酶（VmGlu2）对Cytospora mali Grove（Diaporthales目；广宿主型）的完全毒力至关重要[14]，而NADPH氧化酶（Nox）基因则调节Penicillium expansum（Eurotiales目；广宿主型）的生长和致病性[15]。Clathrin重链在Botrytis cinerea（Helotiales目；广宿主型）的感染过程中起关键作用，并在传递毒力因子方面发挥作用[16]；效应因子Tom1通过调控生长素信号通路影响Verticillium dahliae（Trichosphaeriales目；广宿主型）对番茄的致病性[17]。Alternaria brassicae（Pleosporales目；广宿主型）和Stemphylium lycopersici会合成NLPs（Nep1类似蛋白），这些蛋白既能诱导细胞坏死和乙烯产生，也能作为毒素[18, 19]。Leptosphaeria maculans（Pleosporales目；广宿主型）编码217种蛋白质，包括85种纤维素酶、25种蛋白酶和49种潜在效应因子[20]。Zhang等人（2025年）发现S. lycopersici中的一种典型锌金属蛋白酶能抑制菌丝生长和致病性[21]，该酶还能导致细胞破裂并抑制宿主几丁质酶的表达，从而提高番茄对S. lycopersici等病原体的敏感性；同时还能抑制活性氧（ROS）的生成[21]。 感染早期分泌的蛋白质可能有助于病原体的定植[22]。Stemphylium属真菌编码多种效应因子，包括多种碳水化合物降解酶[23]。有趣的是，效应因子的数量与其毒力无关[23]。 真菌的次级代谢产物（SMs）是有机化合物，在自然界中具有适应性优势，并在致病过程中发挥重要作用[24]，可作为毒力因子或抑制宿主防御机制[25, 26]。特别是在感染的生物营养阶段，它们增强了真菌侵入宿主的能力[27]。 在先前的研究中，我们发现27株S. lycopersici>单孢子分离株根据不同的生物学特征被分为18个基因型，这些基因型具有独特的次级代谢产物组成[3, 28, 29]。高毒力分离株合成了大量代谢产物[2]，而低毒力分离株仅合成少量代谢产物（包括宿主特异性和非宿主特异性毒素[2]）。研究发现，三株分离株的基因组中含有超过30个参与次级代谢产物合成的基因簇，这些代谢产物在特定环境条件下可能对其生长和存活有利[30]。此外，S. lycopersici分离株还会释放挥发性有机化合物（VOCs），这些化合物可引发番茄细胞死亡[28]。 基于之前的研究[3, 22, 28, 29, 31, 32, 33, 34]，我们决定进一步探讨Stemphylium lycopersici与番茄之间的相互作用机制。本研究的重点是识别潜在的关键效应因子、毒力和致病性因子。

真菌材料

真菌材料

Stemphylium lycopersici分离株CIDEFI 213和CIDEFI 216来自拉普拉塔国立大学（UNLP）植物病理学研究中心（CIDEFI）的菌株库。这两种菌株均来自阿根廷科连特斯省贝拉维斯塔地区的病株样本，其中CIDEFI 216的毒力更强[3]。

生长条件

S. lycopersici CIDEFI 213和216菌株在CZAPEK琼脂培养基上于24°C、黑暗条件下培养7天。使用无菌工具取出了直径为5毫米的琼脂块...

生物学实验

正如预期的那样，Stemphylium lycopersici CIDEFI 213和216在CZAPEK固体培养基上生长时会在叶片上形成坏死斑块（见补充材料1）。接种在番茄叶片上的菌液上出现了灰叶斑病症状。当S. lycopersici CIDEFI 213在CZ培养基或添加了叶片提取物的CZ+LE培养基上生长时，分别引发了坏死或坏死伴黄化现象。而CIDEFI 216无论在纯培养基还是添加了叶片提取物的培养基上生长时，都仅引发了坏死...

讨论

病原体在与植物相互作用时合成的代谢产物被称为毒力因子[58]。在本研究中，Stemphylium lycopersici分离株释放的这些因子在离体叶片上引发了症状，表明其生理和代谢途径发生了改变。这种真菌是番茄的病原体，具有广泛的宿主范围。无论是否过滤，其培养液都能在番茄叶片上引发症状，说明这些因子具有致病性。

结论

S. lycopersici引起的坏死症状是由于其合成了可溶性化合物（SMs和/或效应因子），这些因子改变了植物的生理状态。 S. lycopersici所编码和表达的致病性和毒力因子解释了其广泛的宿主范围。 S. lycopersici两种分离株在次级代谢产物和毒力方面的差异进一步证明了该属的高度多样性...

作者贡献声明

Franco Mario：方法学研究、数据分析、数据整理。 Bartel Laura：方法学研究、数据分析、可视化处理。 Medina Rocio：初稿撰写、项目协调、方法学研究、资金申请、数据分析、概念框架构建。 Saparrat Mario：监督工作、研究指导、资源管理、项目协调、资金申请、概念框架构建。 Kripelz：

未引用参考文献

53..

数据可用性

这些全基因组测序数据已存储在DDBJ/ENA/GenBank数据库中，登录号为LGLR00000000（BioProject PRJNA274742；BioSample SAMN03332054）和QGDH00000000（BioProject PRJNA451504；BioSample SAMN08971864）。本文描述的版本为LGLR02000000和QGDH02000000。RNA-seq原始序列数据已存入NCBI Sequence Read Archive（SRA），登录号为SRR37675380-SRR37675383（BioProject PRJNA1439235；BioSample）。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

RM、SMYL和MCNS是阿根廷CONICET的研究人员。CGL、LCB和PAB来自阿根廷CICPBA。MEEF是意大利巴里阿尔多莫罗大学（Bari, Italy）土壤、植物与食品科学系的研究员。NIK是CICPBA的成员。 本研究部分由阿根廷科技与创新部（ANPCyT）通过PICT 2018-3144项目（RM）资助。