发病初期在小穗和颖片上出现小的水渍状淡褐色病斑，后逐渐扩大至整穗，严重时，整个麦穗枯死形成白穗。这种常发于小麦的病害被称为赤霉病。赤霉病不仅会严重降低小麦产量和籽粒品质，还会产生多种有毒真菌毒素，对人类和牲畜健康构成严重威胁。

感染了赤霉病的小麦麦穗。中国农科院供图

近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）研究员张翠军课题组在《自然—通讯》（Nature Communications）上发表研究论文。该研究揭示了小麦赤霉病致病的新机制，首次证实了赤霉病主要致病菌禾谷镰孢菌通过效应蛋白定向破坏小麦代谢酶从而实现侵染的致病机理，为改良小麦赤霉病抗性和培育抗病品种提供了重要基因资源。

禾谷镰孢菌是引起小麦赤霉病的主要病原真菌。在初始侵染阶段，禾谷镰孢菌会像“微型降落伞”飘到植物表面，通过表面的黏附蛋白牢牢抓住小麦表皮，随后分泌水解酶、蛋白酶等“化学腐蚀剂”，溶解植物细胞壁的纤维素和果胶。进入植物内部后，禾谷镰孢菌会伪装成“膨胀菌丝”，初期菌丝像吹气球一样膨大，悄悄在细胞间蔓延，避免触发植物警报，后期大量产生呕吐毒素，毒死植物细胞。它们还利用死亡组织的营养疯狂繁殖，通过小麦穗轴入侵邻近小穗，最终让整株的麦穗“全军覆没”。

禾谷镰孢菌。中国农科院供图

在病原菌侵染过程中，效应蛋白起着关键作用。然而，禾谷镰孢菌编码数百种效应蛋白，哪个才是最“致命的”？

张翠军团队筛选出了感染阶段特异性高表达的前10个候选基因，对这10个基因逐一进行基因敲除后，研究发现，除FgEC10外，其他基因敲除后禾谷镰刀菌未表现出同等程度的致病力明显下降。他们推测，FgEC10可能是禾谷镰孢菌致病的关键因子。

进一步研究系统性地鉴定了FgEC10作为禾谷镰刀菌效应蛋白的关键角色，并揭示其通过靶向降解TaFAH抑制小麦免疫的分子机制。张翠军团队形象地将这一过程总结为“四步走行动”：伪装渗透—锁定目标—斩首行动—制造混乱。

找到了致病元凶，该如何打赢这场“免疫之战”？张翠军团队在感病小麦品种Fielder中获得TaFAH过表达株系。接种禾谷镰刀菌后，其表现出显著增强的抗病性、菌丝生物量和DON含量减少。TaFAH还能促进小麦抽穗，与对照组相比，TaFAH过表达株系的抽穗期提前了约10天。这一特性为培育抗病早熟小麦提供了新思路。

张翠军为论文通讯作者。基因组所（大鹏湾实验室）已出站博士后商圣平（现河南农业大学）为论文第一作者。

该研究得到中国农业科学院科技创新工程基础科学研究中心、国家自然科学基金及深圳市科学技术创新委员会等项目的支持。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60736-y