尖孢镰刀菌引起的枯萎病是番茄生产中的重要病害之一，随着种植面积的扩大以及保护地栽培的普及，番茄枯萎病已经严重影响田间安全生产，可造成减产60%以上，甚至绝产。因此，绿色、安全、高效防控番茄枯萎病，成为目前番茄生产过程中急需解决的重要问题。近日，国家杰出青年科学基金获得者、青岛农业大学植物医学学院梁文星教授团队在国际期刊Cell Reports上在线发表题为“FolIws1-driven nuclear translocation of deacetylated FolTFIIS ensures conidiation of Fusarium oxysporum”的研究论文，揭示了蛋白乙酰化修饰调控尖孢镰刀菌产孢的分子机制，并首次以此为基础开发了两种用于抑制植物真菌产孢的小分子化合物，能够有效防治多种植物病害。
产孢在病原真菌引起的植物病害发生过程中起着至关重要的作用，不仅有助于真菌的繁殖和扩散，还能够适应不同环境，增加了病害传播的机会。解析病原真菌的产孢机制有助于理解植物病害的发生过程，对植物病害的有效防控以及为开发新型药剂提供科学依据。研究表明，蛋白质的乙酰化修饰参与了多种生物学过程，但在植物病原真菌产孢过程中发挥的生物学作用尚不清楚。本研究以引起番茄枯萎病的尖孢镰刀菌为研究对象，鉴定了产孢过程中存在乙酰化修饰蛋白，并阐明了乙酰化修饰在孢子产生过程中的生物学意义。本研究项目从2016年开始准备工作，期间经历了两代学生的不断努力，多次对实验方案进行调整，最终完成了整个课题工作。“番茄，看似不起眼，实际却是世界第一大蔬菜”。梁文星教授认为：“研究番茄，不单因为它的重要地位，还因为从分子植物病理学角度出发，它非常具有研究价值。目前团队主要从事番茄病害防治研究，积极响应国家‘减肥减药’号召，从病原菌角度开发新型农药，实现番茄病害绿色防控。”梁文星教授课题组通过质谱分析，测定了尖孢镰刀菌产孢过程的乙酰化蛋白组，其中转录延伸因子FolTFIIS第76位赖氨酸（K76）存在乙酰化修饰，研究发现该修饰在尖孢镰刀菌产生孢子的过程中发挥着重要作用。在病原菌体内，乙酰基转移酶FolNat1与去乙酰化酶FolHos2 协同调控K76乙酰化水平，去乙酰化的FolTFIIS与转录因子FolIws1直接互作并被其从细胞质转运至细胞核中增强产孢相关基因的表达进而促进孢子的产生。基于FolIws1转运FolTFIIS入核并发挥功能的机制，课题组筛选到了两种靶向与FolTFIIS互作的FolIws1功能区域的小分子化合物，进一步研究发现其能够阻断FolIws1与FolTFIIS的相互作用，减少FolTFIIS在病原菌细胞核中的分布，从而抑制尖孢镰刀菌的产孢。由于TFIIS与Iws1的互作机制在植物病原菌中较为保守，因此本研究开发的两种小分子化合物对多种植物病原菌具有活性，是一种广谱性的化合物，并且对寄主植物安全无毒害作用。总之，本研究揭示了乙酰化修饰调控植物病原真菌产孢的保守机制，并开发了高效抑制产孢的小分子化合物，为植物病害的防控提供了新思路。青岛农业大学植物医学学院钱恒伟博士和宋丽敏副教授为本研究第一作者，梁文星教授为唯一通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、山东省重点研发计划及山东省泰山学者等项目资助。植物医学学院梁文星教授的“植物真菌病害”项目获国家自然科学基金杰出青年科学基金资助。梁文星教授是国家优秀青年科学基金获得者，泰山学者特聘专家。主要从事番茄枯萎病与灰霉病的致病机理以及综合防控研究。近五年研究成果相继发表在The EMBO Journal、Current Biology、eLife、New Phytologist等国际主流期刊，获得国家发明专利12项。先后主持国家科技重大专项、国家自然科学基金、山东省重点研发计划等科研项目。担任中国植物病理学会理事、山东省植物病理学会副理事长。先后获中国植物病理学会青年植物病理学家奖、山东省自然科学学术创新奖与山东省留学人员回国创业奖，获山东省优秀共产党员、青岛市优秀共产党员、青岛市劳动模范等荣誉称号。