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蛹虫草“白毛病”病原菌虫草生齿梗孢致病机制及蛹虫草抗病育种取得重要进展

2023-04-04 14:400中科院微生物所

近年来蛹虫草栽培规模显著增加,然而,规模化栽培过程中真菌病害普遍发生且危害严重(刘晴等 2021;人工栽培蛹虫草的病原真菌,菌物学报),其中菇农称为“吃草病”或“白毛病”的病害占90%以上,在各大产区时有发生,目前缺乏有效的防控方法,给生产带来较大的风险。



中国科学院微生物研究所董彩虹研究员团队长期坚持蛹虫草“白毛病”病害的研究,首先经柯赫氏法则证实虫草生齿梗孢Calcarisporium cordycipiticola为蛹虫草“白毛病”病原菌,在2017年全国首届蛹虫草高峰论坛上,报告了对该病害病原菌的初步研究结果,引起在场从业者的极大关注,并期望早日研究出其防控方法。



经过多年不懈的努力,2021年10月,团队在Journal of Fungi杂志(中科院二区,SCI影响因子5.724)在线发表题为“Infection Process and Genome Assembly Provide Insights into the Pathogenic Mechanism of Destructive Mycoparasite Calcarisporium cordycipiticola with Host Specificity”的研究论文。构建了虫草生齿梗孢高效遗传转化体系,通过荧光标记、扫描电镜和透射电镜跟踪观察其侵染蛹虫草的过程;解析得到染色体水平基因组,为解析虫草生齿梗孢致病机理及与宿主蛹虫草的相互作用奠定基础。



研究发现虫草生齿梗孢专一性侵染蛹虫草,通过蛹虫草子实体菌丝间隙侵入,无特殊侵染结构形成;被侵染的蛹虫草菌丝细胞壁溶解,细胞变形,细胞器丢失,最终细胞破碎。虫草生齿梗孢有7条染色体,基因组大小34.52Mb,编码基因10443个。全基因组系统进化分析发现虫草生齿梗孢与宿主蛹虫草具有较近的亲缘关系,比较基因组发现虫草生齿梗孢较其他重寄生真菌碳水化合物酶合成基因减少,可能与其较专一的重寄生有关;次生代谢产物分析显示其具有较强的代谢产物合成能力以及潜在的毒素产生能力,证实“白毛病”病原菌污染的蛹虫草子实体具有食用风险,呼吁产业引起重视。



2023年3月,团队在Microbiology Spectrum杂志(中科院一区,SCI影响因子9.043)在线发表研究论文 “Dual Transcriptomics Reveals Interspecific Interactions between the Mycoparasite Calcarisporium cordycipiticola and Its Host Cordyceps militaris”。通过Dual RNA-seq分析,结合组织细胞学观察,揭示病原菌的致病机理和宿主蛹虫草的响应机制,得到可用于抗病育种靶基因的同时,对于揭示姐妹科两个物种之间的互作机制研究具有重要的意义。



研究发现铁为病原菌的重要致病因子,蛹虫草通过产生过量的活性氧对抗虫草生齿梗孢侵染,而病原菌通过多种途径摄取铁,促进自身定殖并清除宿主产生的高活性氧,因此为减少病害的发生,栽培环境中尽量避免铁元素。宿主蛹虫草的Cmhsp78. Cmhsp70和 Cmhyd1可以作为潜在的抗病基因用于蛹虫草抗病育种。



在此基础上,团队通过前期构建的CRISPR/Cas9基因编辑技术,对抗病基因进行过表达,得到了对“白毛病”抗病性显著增强的蛹虫草菌株,目前已经申请专利(专利申请号:202211257442.5)。


原文链接:

https://www.mdpi.com/2309-608X/7/11/918

https://journals.asm.org/doi/epub/10.1128/spectrum.04800-22


系列研究工作不仅揭示了亲缘关系较近的两个真菌物种之间的互作关系和机制,具有重要的学术意义,同时对于蛹虫草病害防控和抗病品种选育具有重要价值。

所有相关工作均由中科院微生物所董彩虹研究员课题组的博士生刘晴完成,得到国家自然科学基金面上项目(31872163)和北京市科技计划(Z181100002418011)的资助。


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