卵菌是一类丝状真核病原菌，其中包含了疫霉菌、霜霉菌和腐霉菌等多种植物病原菌，对农业和林业造成严重危害，每年导致数百亿美元的损失。卵菌在侵染过程中分泌效应子通过多种途径调节寄主免疫，以促进其在寄主植物中的定殖。然而由于绝大多数效应子缺乏已知结构域，目前对其生化活性研究甚少。揭示效应子的结构与功能特征是解析病原菌致病机理和研发病害防治新策略的有效途径。
Nudix水解酶是一类广泛分布于生物界的焦磷酸酶家族，其包含一个保守的Nudix 基序GXXXXXEXXXXXXXREUXEEXGU (X是任何氨基酸，U是脂肪族疏水氨基酸)，可以调控多种生物学进程。最近研究发现，植物病原菌可以分泌具有Nudix水解酶活性的效应子 (Dong and Wang, 2016)，这些效应子通过Nudix水解酶活性参与了病原菌的致病过程。但是Nudix效应子的结构特点和底物偏好性尚不清楚。
近日，南京农业大学王源超团队、上海师范大学邢维满团队和江苏省农业科学院刘凤权团队在JIPB合作发表了题为“Oomycete Nudix effectors display WY-Nudix conformation and mRNA decapping activity”的研究论文（https://doi.org/10.1111/jipb.13712）。该研究揭示了卵菌Nudix效应子独特的进化及结构特点，并鉴定了多个具有mRNA 去帽活性的Nudix效应子，为深入理解卵菌效应子致病机制提供了新线索。
该研究首先通过生物信息学分析揭示了卵菌、真菌以及细菌Nudix效应子的分布及进化特点。然后以该团队前期鉴定的大豆疫霉菌Nudix效应子Avr3b为例，对卵菌Nudix效应子的结构以及生化活性进行了深入研究。该研究利用结构生物学手段解析了Avr3b的晶体结构，发现其包含一个WY motif构型和一个典型的Nudix结构域构型 (图1)。WY motif构型是卵菌RxLR效应子中普遍存在的结构单元，包括三个α螺旋，通过两个疏水残基 (通常是色氨酸 (W) 和酪氨酸 (Y) ) 形成疏水核心。在先前的研究中，卵菌RxLR效应子被报道仅包含单个或串联的WY (或LWY) motif构型 (He et al., 2019; Win et al., 2012)。因此，该研究首次揭示了卵菌效应子中一种独特的WY-Nudix构型。该研究还利用Alpha Fold 2对卵菌中其它Nudix效应子的三维结构进行了预测分析，发现均具有类似的WY-Nudix构型，表明这种构型在卵菌Nudix效应子中是保守存在的。另外，该研究还对真菌和细菌Nudix效应子的三维结构进行了预测分析，发现卵菌、真菌和细菌Nudix效应子具有不同的结构特点。通过结构比对发现，Avr3b的Nudix结构域与酿酒酵母Nudix水解酶ScDDP1在结构上具有高度相似性。生化实验表明，与ScDDP1类似，Avr3b具有mRNA去帽活性。该研究通过对卵菌中其他Nudix效应子的生化活性分析，发现多个效应子具有mRNA去帽活性。该研究加深了对卵菌Nudix效应子结构与功能的理解，为其他病原菌效应子致病机制的研究提供了借鉴。
图1. 卵菌Nudix效应子表现WY-Nudix构象，并且多个效应子具有mRNA去帽活性
江苏省农业科学院植物保护研究所助理研究员郭宝佃和美国德克萨斯州西南医学中心博士后胡秦枥为本论文共同第一作者，南京农业大学王源超教授、上海师范大学邢维满研究员和江苏省农业科学院刘凤权研究员为共同通讯作者。南京农业大学董莎萌教授为本研究提供了重要指导和帮助。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和江苏省自然科学基金的资助。
Dong, S. and Wang, Y. (2016). Nudix effectors: A common weapon in the arsenal of plant pathogens. PLoS Pathog 12: e1005704.
He, J., Ye, W., Choi, D. S., Wu, B., Zhai, Y., Guo, B., Duan, S., Wang, Y., Gan, J., Ma, W., et al. (2019). Structural analysis of Phytophthora suppressor of RNA silencing 2 (PSR2) reveals a conserved modular fold contributing to virulence. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 116: 8054-8059.Win, J., Krasileva, K.V., Kamoun, S., Shirasu, K., Staskawicz, B.J., Banfield, M.J. (2012). Sequence divergent RXLR effectors share a structural fold conserved across plant pathogenic oomycete species. PLoS Pathog. 8: e1002400.
Guo, B., Hu, Q., Wang, B., Yao, D., Wang, H., Kong, G., Han, C., Dong, S., Liu, F., Xing, W. and Wang, Y. (2024). Oomycete Nudix effectors display WY-Nudix conformaion and mRNA decapping activity. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13712