在欧洲葡萄栽培中，葡萄白粉病是一种毁灭性的病害，由专性活体寄生真菌Erysiphe necator引起，严重威胁葡萄的产量和品质。尽管化学杀菌剂被广泛用于防控，但其带来的环境与食品安全问题日益凸显。与此同时，中国丰富的野生葡萄种质资源中蕴含着对白粉病具有优异抗性的基因资源，为通过遗传手段培育抗病品种提供了可能。然而，由于E. necator基因组复杂、难以遗传转化，其致病效应蛋白如何调控宿主免疫，以及葡萄宿主如何响应侵染的分子机制，长期以来不甚明晰，这阻碍了高效、可持续的抗病策略的开发。为了破解这一难题，研究人员利用多组学技术，对葡萄与白粉病菌的“攻防战”进行了深入解码。
研究者们运用了多项关键技术来开展此项工作。首先，他们通过PacBio和Illumina HiSeq平台对E. necator NAFU1菌株的孢子进行全基因组测序与组装，获得了高质量的基因组。其次，利用RNA-Seq技术，对易感品种‘赤霞珠’（Cabernet Sauvignon）和抗病中国野生葡萄‘白水-40’（Baishui-40）在不同侵染时间点（0、12、24、48、72小时）的叶片进行转录组测序，分析了病菌和宿主双方的基因表达动态。在功能验证方面，研究建立了高效的葡萄叶片瞬时表达系统，并运用酵母双杂交、免疫共沉淀、双分子荧光互补等蛋白质互作技术，以及酵母分泌系统验证、宿主诱导的基因沉默、农杆菌介导的转基因等技术手段，对关键效应蛋白和宿主靶标的功能进行了深入探究。
2.1 基因组组装揭示了E. necator NAFU1中丰富的候选分泌效应蛋白
研究人员对E. necator NAFU1进行了高质量基因组测序与组装，获得大小为69.93 Mb的基因组。通过生物信息学分析，预测了248个候选分泌效应蛋白。系统发育分析表明，NAFU1属于E. necator，但与中国境外的其他分离株在基因组大小、重复序列比例和CSEP库上存在差异。这为研究其致病机制提供了重要的遗传背景。
2.2 E. necator NAFU1在侵染过程中激活致病相关基因表达
通过显微观察和RNA-Seq分析，研究人员比较了病原菌在感病和抗病葡萄上的侵染进程。在感病葡萄上，病菌能顺利形成吸器、初级和次级菌丝；而在抗病葡萄上，菌丝生长受到抑制，并伴随活性氧爆发和胼胝质沉积等防御反应。转录组分析发现，在侵染两种葡萄基因型时，有1252个病菌基因（包括15.58%的CSEP编码基因）的表达被诱导上调。根据表达模式，CSEP被分为8个簇，部分CSEP仅在侵染感病葡萄时被特异性诱导，提示其可能在抑制宿主免疫中发挥关键作用。
2.3 CSEP118靶向葡萄硫氧还蛋白VviTrxz以抑制葡萄免疫
在248个CSEP中，研究人员发现CSEP118是一个关键的、在侵染过程中高表达的效应蛋白。在抗病葡萄‘白河-35-1’叶片中瞬时表达CSEP118能引发细胞死亡。酵母分泌实验证实其具有功能性的信号肽。通过宿主诱导的基因沉默技术敲低CSEP118，可显著抑制病菌在葡萄叶片上的菌丝生长和吸器形成。为探究其作用机制，研究人员利用酵母双杂交文库筛选，发现CSEP118能与葡萄的硫氧还蛋白VviTrxz互作，该互作通过免疫共沉淀和双分子荧光互补等实验得到了进一步验证。功能研究表明，VviTrxz是一个葡萄抗白粉病的负调控因子，其沉默可增强葡萄的抗病性。综合来看，CSEP118通过靶向并结合VviTrxz，干扰了宿主的氧化还原稳态，从而削弱了葡萄的免疫防御，促进了病菌的侵染。
2.4 感病和抗病葡萄在E. necator NAFU1侵染期间的基因表达谱
通过对感病和抗病葡萄在侵染不同阶段的转录组比较分析，研究人员发现抗病葡萄‘白水-40’比感病葡萄‘赤霞珠’激活了更多基因，且部分基因在两品种间呈现相反的表达趋势。抗病葡萄中，与活性氧清除相关的基因表达下调，而与胼胝质合成相关的基因表达上调。在差异表达的转录因子中，VviTCP14引起了研究者的注意，因为其在拟南芥中已被报道参与调控对多种病原菌的抗性。
2.5 沉默VviTCP14增强了葡萄对白粉病的抗性
研究人员通过农杆菌介导的遗传转化，获得了VviTCP14基因沉默的转基因葡萄植株。接种白粉病菌后，转基因植株表现出更强的抗性：病斑减轻、孢子产生量减少、活性氧积累和胼胝质沉积增加。进一步的转录组分析发现，在VviTCP14沉默的植株中，包括芪合酶在内的多种抗病相关基因表达上调，叶片中具有抗真菌活性的芪类化合物（如白藜芦醇）含量也显著升高。这表明VviTCP14通过负调控芪类合成等防御途径，削弱了葡萄对白粉病的抗性。
在讨论与结论部分，本研究通过整合基因组学、转录组学和分子生物学手段，系统解析了E. necator NAFU1的致病机制与葡萄的免疫应答网络。研究不仅提供了该病原菌的高质量基因组资源，揭示了其效应蛋白库的组成与表达特征，更重要的是鉴定出两个关键调控节点：病菌分泌的效应蛋白CSEP118和葡萄自身的转录因子VviTCP14。CSEP118通过靶向宿主硫氧还蛋白VviTrxz，干扰细胞的氧化还原平衡，从而抑制基础免疫；而VviTCP14则作为宿主防御通路中的一个负调控因子，其功能缺失可激活包括芪类化合物生物合成在内的防御反应，显著增强抗病性。这些发现构建了一个病原菌效应蛋白与宿主防御调控因子相互作用的分子模型，深化了对植物-专性寄生真菌互作“军备竞赛”的理解。该研究成果发表于植物生物技术领域的重要期刊《Plant Biotechnology Journal》，不仅为葡萄白粉病的致病机理和植物免疫机制研究提供了新的理论依据，也为未来利用基因编辑或分子标记辅助选择等技术，靶向修饰VviTCP14或利用其等位变异，培育高抗、优质葡萄新品种提供了潜在的分子靶标和育种策略，具有重要的科学价值与应用前景。
