植物病原菌糖基水解酶基因家族研究進(jìn)展

潘鳳英， 劉露露， 孫大運(yùn)， 郭澤西， 曲俊杰， 尹 玲

(廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 廣西作物遺傳改良生物技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室， 南寧 530007)

細(xì)胞壁是植物抵御病原菌侵染的一道天然屏障，由多糖、蛋白質(zhì)以及脂肪酸構(gòu)成，其中90%是多糖，主要是纖維素、半纖維素和果膠類，它們由葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸等聚合而成。病原菌在與植物互作的過程中，會(huì)分泌大量的細(xì)胞壁降解酶(cell wall degrading enzymes,CWDEs)來解聚寄主植物細(xì)胞壁的多糖成分[1]，從而破壞植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使得病原菌在突破表皮障礙成功侵染寄主的同時(shí)也吸取了自身繁殖所需的營養(yǎng)物質(zhì)[2-5]。其中，大多數(shù)的CWDEs是糖基水解酶(glycoside hydrolases,GHs)[6]。果膠酶、聚半乳糖醛酸酶、葡聚糖酶、纖維素酶和木葡聚糖酶都屬于GHs家族成員。病原菌分泌的這些GHs通常在質(zhì)外體與寄主植物發(fā)生相互作用，因此被稱作病原菌的胞外效應(yīng)蛋白或質(zhì)外體效應(yīng)蛋白。效應(yīng)蛋白是植物病原菌分泌的、可以操控植物免疫反應(yīng)的一類小分子蛋白質(zhì)。近年來，對(duì)植物病原卵菌胞內(nèi)效應(yīng)蛋白的研究迅猛發(fā)展，特別是CRN(crinkling and necrosis protein)和RXLR(R:精氨酸; X:任意氨基酸; L:亮氨酸)兩種類型的胞內(nèi)效應(yīng)蛋白[7]。

鑒于病原菌效應(yīng)因子在與植物互作中發(fā)揮重要作用，效應(yīng)因子的生物學(xué)功能研究將是解釋植物與病原菌互作機(jī)理的關(guān)鍵因素。雖然相對(duì)胞內(nèi)效應(yīng)因子，胞外效應(yīng)因子的研究起步較晚，但也取得了一定的研究進(jìn)展。本文綜述植物病原菌胞外效應(yīng)因子GHs基因家族的分類、酶功能以及在病原菌侵染過程中發(fā)揮的作用等方面的研究進(jìn)展，以期為深入研究更多GHs的功能提供參考，也為更好地在作物改良及病害防控策略中利用這些GHs家族成員提供思路。

1 GHs基因家族及其酶活分類

GHs幾乎存在于所有生物體中，是一類以內(nèi)切或外切方式水解兩種或多種含糖化合物(包括單糖苷、寡糖、多糖、皂甙和糖蛋白等)中的糖苷鍵，生成單糖、寡糖或糖復(fù)合物的酶。根據(jù)蛋白序列特征、蛋白結(jié)構(gòu)相似性以及作用底物特異性，網(wǎng)址http://www.cazy.org/Glycoside-Hydrolases.html及時(shí)更新信息，目前GHs分為173個(gè)家族，不同家族具有不同的酶活特性和作用底物。目前研究較多的已知酶活的病原菌GHs見表1。

表1 植物病原菌已知的GHs家族成員及其功能

1.1 幾丁質(zhì)酶

根據(jù)CAZYme數(shù)據(jù)庫(http://www.cazy.org)中對(duì)GHs的分類，GH18、19和23這3個(gè)家族的GHs顯示出幾丁質(zhì)酶活性。GH18廣泛存在于真菌、細(xì)菌、昆蟲、植物及動(dòng)物中，科學(xué)家曾經(jīng)認(rèn)為GH19只存在于植物與鏈霉菌屬中[20]，但研究發(fā)現(xiàn)GH19也存在于卵菌葡萄霜霉菌中[21]。幾丁質(zhì)酶可以催化幾丁質(zhì)水解生成N-乙酰葡糖胺。到目前為止，幾丁質(zhì)酶在真菌生長、營養(yǎng)、寄生、毒力和真菌病害防治等過程中的作用已經(jīng)被證實(shí)。稻瘟病菌(Magnaportheoryzae)基因組編碼15個(gè)幾丁質(zhì)酶，均屬于GH18家族，這些酶的缺失導(dǎo)致病原菌毒力降低，抑制水稻活性氧的產(chǎn)生，增強(qiáng)水稻對(duì)稻瘟病菌的易感性，說明幾丁質(zhì)酶對(duì)稻瘟病菌定殖、抑制寄主免疫和發(fā)揮自身毒力至關(guān)重要[8]；可可叢枝病菌(Moniliophthoraperniciosa)MpChis基因和灰色果腐病菌(Moniliophthoraroreri)MrChi基因編碼的幾丁質(zhì)酶是一種催化失活的幾丁質(zhì)酶，雖然缺乏對(duì)幾丁質(zhì)的降解活性，但它在與可可互作的過程中不僅高表達(dá)，依然發(fā)揮毒力作用，還能夠通過與幾丁質(zhì)寡聚體結(jié)合來阻止植物中幾丁質(zhì)觸發(fā)的免疫反應(yīng)[9]；在大腸桿菌中表達(dá)純化的苜蓿鏈霉菌(Streptomycesalfalae)GH19家族幾丁質(zhì)酶SaChiB，能以內(nèi)切方式水解甲殼素和殼寡糖，并且可以強(qiáng)烈抑制灰葡萄孢菌、禾谷鐮刀菌等6種測(cè)試病原真菌的生長，表現(xiàn)出廣譜抑菌性[10]。

1.2 纖維素酶

纖維素酶是一種復(fù)合酶，催化纖維素中β-1,4-糖苷鍵的水解，在降解纖維素的過程中主要由外切葡聚糖酶、內(nèi)切葡聚糖酶和β-葡糖苷酶3種酶聯(lián)合發(fā)揮作用[22]。根據(jù)CAZYme數(shù)據(jù)庫的分類，GH5、GH6、GH7和GH45等4個(gè)家族的基因具有纖維素酶活性。馬鈴薯炭疽病菌(Macrophominaphaseolina)中克隆的β-1,4-內(nèi)切葡聚糖酶EGL1，隸屬于GH5家族，可以特異性水解纖維五糖[23]；稻瘟病菌中GH6家族的纖維二糖水解酶MoCel6A，對(duì)磷酸溶脹纖維素(PSC)、β-葡聚糖和纖維寡糖衍生物的水解活性高于對(duì)纖維素的水解活性，其中最好的底物是纖維寡糖；而GH7家族纖維二糖水解酶MoCel7A的酶活在29 mmol/L纖維二糖存在時(shí)就受到嚴(yán)重抑制[24]，MgEGL1則具有顯著的內(nèi)切葡聚糖酶活性[25]。

1.3 木聚糖酶

木聚糖酶，又名內(nèi)1,4-β-木聚糖酶，可水解半纖維素木聚糖主鏈上的β-1,4鍵。木聚糖酶在真菌、細(xì)菌和原生動(dòng)物中都有發(fā)現(xiàn)，主要存在于GH5、GH7、GH8、GH10、GH11、GH30和GH43等7個(gè)糖基水解酶家族中[26]。但目前在真菌中研究最多的是GH10和GH11兩大家族。GH10家族木聚糖酶具有較大的分子質(zhì)量(>30 ku)、低等電點(diǎn)、(α/β)8桶狀結(jié)構(gòu)，多以二聚體形式發(fā)揮催化活性。與GH11家族木聚糖酶相比，其穩(wěn)定性強(qiáng)，但催化效率低[27]。黑酵母(Hortaeawerneckii)GH10家族耐熱木聚糖酶HwXYL10A對(duì)櫸木、甘蔗、玉米芯的木聚糖均具有較高的催化活性，其與纖維素酶協(xié)同作用顯著提高酶解桑皮廢棄物過程的產(chǎn)糖量[28]。黃色溶纖梭菌(Clostridiumclariflavum)的木聚糖酶rXyn2441GH10具有降解木質(zhì)纖維素的能力，是一種中熱木聚糖酶，其209位組氨酸是酶活的關(guān)鍵氨基酸[29]；芽孢桿菌的GH10和GH11家族木聚糖酶的活性在熱穩(wěn)定、最適pH值范圍都存在差距[30]。一種分解木聚糖的類芽孢桿菌(Paenibacillussp.)的GH10和GH11家族蛋白分別表現(xiàn)出木聚糖酶活性，然而活性模式存在差異，rGH10XynA在pH 6時(shí)表現(xiàn)出最佳活性，在45 ℃～50 ℃具有熱穩(wěn)定性，而rGH11XynB在更寬的pH范圍內(nèi)(pH 5～9)表現(xiàn)出活性，并且僅在45 ℃時(shí)具有熱穩(wěn)定性[30]。

1.4 木葡聚糖酶

木葡聚糖由一個(gè)β-1，4-連接的葡聚糖骨架組成，上面裝飾有α-1，6-木糖殘基、D-半乳糖、L-巖藻糖等不同的裝飾物，是植物初生細(xì)胞壁的主要半纖維素成分[31]。木葡聚糖酶是一種重要的糖基水解酶類，可以水解以β-1,4-糖苷鍵結(jié)構(gòu)為主的多糖，特別是特異性木葡聚糖。在CAZYme數(shù)據(jù)庫中GH5、GH9、GH12、GH16、GH44和GH74等6個(gè)家族的基因具有木葡聚糖酶活性，其中GH12和GH74是目前研究較多的兩個(gè)家族。不同家族的木葡聚糖酶在木葡聚糖底物上的作用位點(diǎn)也不相同，大多數(shù)木葡聚糖酶對(duì)沒有支鏈的葡萄糖殘基進(jìn)行水解[32-33]，而GH74家族的木葡聚糖酶則作用于有支鏈的葡萄糖殘基[34]。

黃單胞菌屬(Xanthomonas)的木葡聚糖酶擁有高度精細(xì)的酶聯(lián)反應(yīng)，包括不同的活性(乙酰酯酶、α-L-巖藻糖苷酶、β-半乳糖苷酶、α-木糖苷酶和木葡聚糖酶)、催化機(jī)制(反轉(zhuǎn)和保留)、作用模式(內(nèi)切和外切)和3D架構(gòu)(多模塊和四元排列)[31]。葡萄白腐病菌(Coniellavitis)的木葡聚糖酶CvGH74A和CvGH74B體外體內(nèi)均具有高度的木葡聚糖水解活性[26]，大豆疫霉的PsXEG1屬于GH12家族，具有木葡聚糖酶和β-葡聚糖酶活性[17]；灰霉病菌(Botrytiscinerea)的木葡聚糖酶BcXYG1也具有木葡聚糖酶活性[18]；米曲霉(Aspergillusoryzae)的木葡聚糖酶Xeg12A和Xeg5A分別屬于GH12和GH5家族，這2種酶的活性模式不同，Xeg12A是一種典型的內(nèi)解離型木葡聚糖酶，可重復(fù)木葡聚糖的水解和解吸，相反，Xeg5A充當(dāng)內(nèi)切型木葡聚糖酶，可逐步水解木葡聚糖而不會(huì)解吸[35]。一些結(jié)構(gòu)特殊的木葡聚糖酶具有特殊的水解位點(diǎn)，例如煙曲霉(Aspergillusfumigatus)的木葡聚糖酶AfXEG74沒有碳水化合物結(jié)合結(jié)構(gòu)域(CBM)，當(dāng)連接到缺乏半乳糖基分支的區(qū)域時(shí)，沿著XX基序在特定位置切割未取代的葡萄糖和木糖取代的葡萄糖之間的木葡聚糖骨架[36]。木聚糖酶酶活與其在病原菌侵染過程中的毒力是否存在相關(guān)性，目前的研究結(jié)論不一。例如，葡萄白腐病菌的木葡聚糖酶CvGH74A和CvGH74B毒力作用依賴于酶活[19]；而大豆疫霉的木葡聚糖酶PsXEG1和灰霉病菌的BcXYG1毒力作用不依賴于其酶活性[17-18]。

2 GHs家族在不同植物病原菌基因組中的分布特征

GHs雖然在細(xì)菌、真菌等微生物中廣泛存在，但并非所有微生物都具有所有糖苷水解酶的基因，GHs在不同基因組中分布的種類和豐度也有所不同。迄今為止，在真菌中檢測(cè)到的最普遍的幾個(gè)GHs家族是GH5、GH13、GH31和GH61，GH16和GH18家族的許多成員在90多種真菌中也都存在，但是在植物和細(xì)菌中擴(kuò)增的GH19家族[37-38]，在昆蟲病原真菌蛹蟲草中卻只有一個(gè)成員[39]。在其他真菌中常見的GH29、GH30、GH44、GH54、GH62和GH67等家族基因在鐮刀菌(Fusariumvirguliforme)基因組中是缺失的，但在其他植物病原真菌或卵菌中沒有報(bào)道或報(bào)道較少的GH131家族則在鐮刀菌中存在[40]。植物病原真菌通常具有小的GH1、GH30家族[6,39,41]，與此相反，迄今為止測(cè)序的大多數(shù)卵菌中GH1和GH30家族基因數(shù)較多[42]，例如，寄生疫霉(Phytophthoraparasitica)中含有17個(gè)GH1家族蛋白和21個(gè)GH30蛋白[43]。GH5家族是許多活體營養(yǎng)、半活體營養(yǎng)和死體營養(yǎng)真菌和卵菌中最大的GH家族之一。例如，活體營養(yǎng)型小麥銹菌和半活體的希金斯炭疽菌(Colletotrichumhigginsianum)和寄生疫霉中都含有20多個(gè)GH5蛋白[39,41,43]。

子囊菌(Ascomycota)和擔(dān)子菌(Basidiomycota)在一些GHs家族成員的豐度上也有所不同，子囊菌的GH2、GH72和GH76家族成員比擔(dān)子菌顯著多，但擔(dān)子菌中GH5和GH79家族顯著多[38]。子囊菌大量表達(dá)與植物相互作用相關(guān)的酶類，如GH1、GH3、GH5、GH7、GH12、GH9、GH44、GH45、GH74、GH10、GH16、GH8、GH26、GH11和GH30，它們都具有廣泛的植物生物質(zhì)降解能力，這將促進(jìn)植物細(xì)胞壁的滲透以進(jìn)行定殖[38]。2個(gè)深色有隔內(nèi)生真菌[枝孢菌(Cadophorasp.)和大棘黑團(tuán)孢(Periconiamacrospinosa)]基因組與另外32種不同生活方式的子囊菌進(jìn)行測(cè)序和分析發(fā)現(xiàn)，GHs家族是2個(gè)基因組中發(fā)現(xiàn)的最具代表性的CAZymes類別，其中以GH3、GH16、GH18和GH43數(shù)目居多；雖然GH78家族的基因數(shù)量也很高，但其僅存在于枝孢菌基因組中[44]。

致病菌根腐絲囊霉(Aphanomyceseuteiches)與非致病菌變形藻絲囊霉(Aphanomycesastaci)的基因組測(cè)序與分析發(fā)現(xiàn)，致病菌與非致病菌的GHs家族存在較大差異：根腐絲囊霉的GHs家族與卵菌(如疫霉屬)的相近，但變形藻絲囊霉編碼的GHs家族數(shù)量僅為根腐絲囊霉的三分之一；根腐絲囊霉編碼GH62家族，而變形藻絲囊霉不編碼GH54和GH62；根腐絲囊霉基因組大量表達(dá)了靶向植物特異性多糖(半纖維素、果膠)的酶基因，例如，半纖維素酶(GH10、GH11、CE4家族)、果膠酶(GH28、PL1、PL3和PL4)、內(nèi)切纖維素酶和纖維二糖水解酶的GH7家族，而變形藻絲囊霉基因組缺乏編碼這些酶類的基因，說明這些酶類可能在根腐絲囊霉成功侵染植物的過程中發(fā)揮重要作用[9]。

另外，植物病原菌GHs家族在基因組中的種類、數(shù)量和分布特征與其營養(yǎng)類型密切相關(guān)[45]。根據(jù)現(xiàn)有研究，本文總結(jié)了部分已測(cè)序的不同營養(yǎng)類型的植物病原菌GHs數(shù)量差異(表2)。根據(jù)這些數(shù)量差異，我們發(fā)現(xiàn)，與所有半活體和死體營養(yǎng)的植物病原菌相比，活體營養(yǎng)的病原菌基因組編碼的GHs數(shù)量要少得多?；铙w營養(yǎng)的葡萄霜霉菌和番茄葉霉菌缺乏GH74家族編碼蛋白，該蛋白具有木葡聚糖酶活性，可降解植物細(xì)胞壁木葡聚糖，促進(jìn)病原菌成功侵染寄主[19,21,44]。因?yàn)榛铙w營養(yǎng)的病原菌自身缺乏一些代謝途徑，需要汲取寄主營養(yǎng)以滿足自身需要，所以我們推測(cè)這些活體營養(yǎng)病原菌分泌較少數(shù)量的GHs幫助其成功侵染，但又不影響寄主的正常生命活動(dòng)，使得寄主可以持續(xù)為其提供營養(yǎng)。此外，還有研究表明，在半活體營養(yǎng)類型的病原菌從活體階段向死體營養(yǎng)階段轉(zhuǎn)變的過程中，GHs家族基因大量表達(dá)，促進(jìn)其營養(yǎng)方式的轉(zhuǎn)變[46]。

表2 不同營養(yǎng)方式植物病原菌基因組中糖基水解酶基因的數(shù)量

3 GHs家族蛋白在植物病原菌侵染中的作用

GHs作為主要的植物病原菌CWDEs，通過水解植物細(xì)胞壁來獲取自身生長繁殖的營養(yǎng)或者產(chǎn)生一些有毒的次生代謝物，進(jìn)而幫助病原菌侵染寄主植物。研究表明，GHs家族蛋白在病原菌侵染過程中的作用不盡相同。

3.1 作為毒力因子/致病因子促進(jìn)病原菌侵染

研究表明，GHs充當(dāng)毒力因子，參與病原菌感染寄主植物的過程。內(nèi)切木聚糖酶基因xynB已被證明影響水稻白葉枯病菌的毒力[54]，灰葡萄孢的木聚糖酶Xyn11可以誘導(dǎo)植物葉片細(xì)胞死亡，并且是灰葡萄孢的毒力所必需的[12]。核盤菌的內(nèi)切β-1，4-木聚糖酶SsXyl1缺失菌株產(chǎn)生異常的菌核，該菌核不能萌發(fā)形成子囊盤，并且對(duì)宿主也失去毒性[13]。蘋果腐爛病菌(Valsamali)中GH10家族的內(nèi)切β-1,4-木聚糖酶VmXyl1的缺失，雖然不影響菌絲生長，但顯著減少了分生孢子的形成，降低了對(duì)蘋果葉片和嫩枝的毒力[14]。在煙草疫霉中，發(fā)現(xiàn)兩種GH10木聚糖酶ppxyn1和ppxyn2對(duì)煙草和番茄的毒力至關(guān)重要[15]。大豆疫霉分泌的GH7家族蛋白PsGH7a對(duì)病原菌的毒力至關(guān)重要，缺失突變體導(dǎo)致病原菌毒力顯著下降[16]。稻瘟病菌的GH6和GH7纖維素酶有助于滲透宿主表皮，并進(jìn)一步幫助稻瘟病菌入侵；GH6和GH7多重敲除的菌株，侵染宿主能力下降[11]。PsXEG1是大豆疫霉的毒力因子，對(duì)大豆疫霉致病性起重要作用[55]。

3.2 作為激發(fā)子或病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)誘導(dǎo)植物抗性

一些GHs在病原菌侵染寄主植物過程中充當(dāng)PAMPs。GH12家族蛋白PsXEG1，在大豆疫霉菌侵染過程中，不僅發(fā)揮毒力因子的作用，還能夠作為激發(fā)子，誘發(fā)植物自身一系列的免疫反應(yīng)[56]?；颐规呔鶪H12家族的一種木葡聚糖酶BcXYG1，可在雙子葉植物中誘導(dǎo)強(qiáng)烈的壞死和抗性反應(yīng)[18]。來自棉花黃萎病菌的兩種具有纖維素酶活性的GH12蛋白VdEG1和VdEG3也被發(fā)現(xiàn)具有PAMPs的功能，并且可以在本氏煙中觸發(fā)細(xì)胞死亡以及與其酶活性無關(guān)的免疫反應(yīng)[57]。此外，來自尖孢鐮刀菌的FoEG1，屬于GH12家族蛋白，在寄主植物中其酶活性對(duì)尖孢鐮刀菌的毒力作出貢獻(xiàn)，并且還可以作為PAMPs來誘導(dǎo)植物防御反應(yīng)[58]。來自灰葡萄孢的木聚糖酶BcXyl1也可以作為PAMPs促進(jìn)毒力并同時(shí)觸發(fā)植物免疫[59]。黃萎病菌的膠酸裂解酶VdPEL1和角質(zhì)酶VdCUT11也被報(bào)道作為PAMPs促進(jìn)毒力并同時(shí)觸發(fā)植物免疫[57,60]。此外，還有一些GHs可以被植物受體直接識(shí)別為PAMPs，調(diào)控植物免疫反應(yīng)。例如，真菌內(nèi)聚半乳糖醛酸酶可以被擬南芥的富含亮氨酸重復(fù)序列類受體樣蛋白(LRR-RLP) AtRLP42識(shí)別為PAMPs[61]；乙烯誘導(dǎo)木聚糖酶被番茄LRR-RLPs的LeEIX1和LeEIX2識(shí)別，但只有LeEIX1可以誘導(dǎo)傳遞過敏反應(yīng)信號(hào)[62]。從黃萎病菌中鑒定出一種新的乙烯誘導(dǎo)木聚糖酶VdEIX3，該蛋白被本氏煙NbEIX2識(shí)別為PAMPs，誘導(dǎo)本氏煙產(chǎn)生免疫反應(yīng)[63]。

3.3 GHs將植物細(xì)胞壁降解為損傷相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)誘導(dǎo)植物免疫

一些GHs不能被植物直接識(shí)別，而是通過感知在GHs作用下釋放的細(xì)胞壁碎片作為DAMPs，調(diào)控植物的免疫反應(yīng)。灰葡萄孢的半乳糖醛酸酶可以將多聚半乳糖醛酸水解為低聚半乳糖醛(oligogalacturonides,OGs)，OGs作為DAMPs，被植物WAK1(wall associated kinase 1)識(shí)別，觸發(fā)植物防御反應(yīng)[64]。黃萎病菌胞外角質(zhì)酶VdCUT11誘導(dǎo)的植物免疫可能是通過植物細(xì)胞壁聚合物的降解導(dǎo)致的DAMPs釋放來介導(dǎo)的[65]。同時(shí)，?kmen等[66]發(fā)現(xiàn)番茄葉霉病病原褐孢霉(Cladosporiumfulvum)的CfGH17-1和CfGH17-5不直接誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，而是在侵染番茄過程中，從宿主細(xì)胞壁中釋放出一種被未知宿主植物受體識(shí)別的DAMPs，從而誘導(dǎo)宿主的基礎(chǔ)免疫。稻瘟菌分泌的葡聚糖內(nèi)切酶MoCel12A和MoCel12B通過降解水稻細(xì)胞壁的半纖維素，釋放特異的寡糖分子。這些特異的寡糖分子可以被水稻細(xì)胞膜上的受體OsCERK1作為DAMPs而識(shí)別，并激活水稻細(xì)胞免疫反應(yīng)[67]。

3.4 特異性結(jié)合或分解病原/微生物相關(guān)分子模式(pathogen/microbe-associated molecular patterns,P/MAMPs)抑制植物的免疫反應(yīng)

在病原菌侵染植物的過程中，植物產(chǎn)生的水解酶如幾丁質(zhì)酶可以將病原菌細(xì)胞壁降解產(chǎn)生幾丁質(zhì)寡聚物，幾丁質(zhì)寡聚糖是典型的PAMPs，激活植物免疫反應(yīng)，這就是幾丁質(zhì)觸發(fā)的免疫，也是植物對(duì)抗病原菌的第一道防線。但狡猾的植物病原菌會(huì)進(jìn)化出特殊的幾丁質(zhì)酶，來削弱宿主幾丁質(zhì)酶降解的能力，達(dá)到病菌保護(hù)自身、成功侵染的目的。例如，可可叢枝病菌(Moniliophthoraperniciosa)和可可灰色果腐病菌(Moniliophthoraroreri)分別進(jìn)化出突變的幾丁質(zhì)酶MpChi和MrChi，雖然不具有降解幾丁質(zhì)的活性，但保留了結(jié)合幾丁質(zhì)的能力，并能夠通過隔離游離幾丁質(zhì)片段來阻止植物中幾丁質(zhì)觸發(fā)的免疫[9]。與上述兩種病原菌幾丁質(zhì)酶的作用機(jī)理不同，瓜類白粉病菌(Podosphaeraxanthiii)的幾丁質(zhì)酶效應(yīng)因子EWCAs (effectors with chitinase activity)定位在真菌吸器，在侵染部位植物的乳突中釋放，分解幾丁質(zhì)寡聚物，從而阻止幾丁質(zhì)觸發(fā)植物免疫的激活，幫助病原菌侵染植物[68]；類似功能的幾丁質(zhì)酶效應(yīng)子在稻瘟病菌和球腔菌中也有報(bào)道[8,69-70]。

4 小結(jié)與展望

自然界中，病原菌與植物一直進(jìn)行著動(dòng)態(tài)競(jìng)賽。植物通過物理屏障、先天性免疫和生理生化機(jī)制等多重屏障來逃避病原菌的侵染，而病原菌則通過各種各樣的致病因子瓦解植物物理屏障、抑制植物先天性免疫來達(dá)到成功入侵定殖的目的。細(xì)胞壁是植物的第一道物理屏障，在病原菌與植物互作過程中，病原菌會(huì)分泌大量的細(xì)胞壁降解酶來解聚細(xì)胞壁的多糖成分，GHs是細(xì)胞壁降解酶中比較重要的一類。

目前，科學(xué)家們已初步研究一些植物病原菌GHs的功能，主要是在侵染過程中分解細(xì)胞壁，進(jìn)而幫助其侵入定殖，發(fā)揮毒力作用，誘發(fā)寄主植物的免疫反應(yīng)。Ma等[17]還通過GH12家族編碼蛋白的研究發(fā)現(xiàn)了作物疫病發(fā)生的新機(jī)制：大豆疫霉在侵染植物早期，向胞外分泌糖基水解酶XEG1攻擊植物細(xì)胞壁，而植物則利用水解酶抑制子GIP1抑制其活性；在進(jìn)化的過程中，病原菌又獲得了XEG1的失活突變體XLP1，以誘餌“DECOY”的方式，競(jìng)爭(zhēng)性干擾抑制子GIP1，與XEG1協(xié)同攻擊植物的抗病性。與此不盡相同，稻瘟菌分泌的葡聚糖內(nèi)切酶MoCel12A和MoCel12B通過降解水稻細(xì)胞壁的半纖維素，釋放特異的寡糖分子，而這些特異的寡糖分子可以被水稻細(xì)胞膜上的受體OsCERK1作為DAMPs而識(shí)別，并激活水稻細(xì)胞免疫反應(yīng)[67]。然而，GHs的研究仍存在許多問題需要解決。比如，GHs如何被致病菌分泌并進(jìn)入寄主細(xì)胞發(fā)揮毒性作用？摸清GHs的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，將對(duì)開發(fā)新的藥物靶標(biāo)、指導(dǎo)設(shè)計(jì)阻斷GHs轉(zhuǎn)運(yùn)的植物病害防控策略提供重要理論依據(jù)。另外，植物病原菌基因組中編碼的GHs存在大量冗余，根據(jù)它們的基因組序列，1個(gè)GHs家族成員往往有10個(gè)以上甚至20多個(gè)基因，現(xiàn)有的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅1個(gè)或少數(shù)的GHs基因?qū)χ参锊≡亩玖颓秩居兄匾饔?，因此進(jìn)一步的多基因家族的冗余性研究有助于篩選確定不同成員的特異性，探究其在病原菌-宿主互作過程中的作用。