近年來(lái)蛹蟲草栽培規(guī)模顯著增加，然而，規(guī)模化栽培過(guò)程中真菌病害普遍發(fā)生且危害嚴(yán)重(劉晴等 2021;人工栽培蛹蟲草的病原真菌，菌物學(xué)報(bào))，其中菇農(nóng)稱為“吃草病”或“白毛病”的病害占90%以上，在各大產(chǎn)區(qū)時(shí)有發(fā)生，目前缺乏有效的防控方法，給生產(chǎn)帶來(lái)較大的風(fēng)險(xiǎn)。

中國(guó)科學(xué)院微生物研究所董彩虹研究員團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期堅(jiān)持蛹蟲草“白毛病”病害的研究，首先經(jīng)柯赫氏法則證實(shí)蟲草生齒梗孢Calcarisporium cordycipiticola為蛹蟲草“白毛病”病原菌，在2017年全國(guó)首屆蛹蟲草高峰論壇上，報(bào)告了對(duì)該病害病原菌的初步研究結(jié)果，引起在場(chǎng)從業(yè)者的極大關(guān)注，并期望早日研究出其防控方法。

經(jīng)過(guò)多年不懈的努力，2021年10月，團(tuán)隊(duì)在Journal of Fungi雜志(中科院二區(qū)，SCI影響因子5.724)在線發(fā)表題為“Infection Process and Genome Assembly Provide Insights into the Pathogenic Mechanism of Destructive Mycoparasite Calcarisporium cordycipiticola with Host Specificity”的研究論文。構(gòu)建了蟲草生齒梗孢高效遺傳轉(zhuǎn)化體系，通過(guò)熒光標(biāo)記、掃描電鏡和透射電鏡跟蹤觀察其侵染蛹蟲草的過(guò)程;解析得到染色體水平基因組，為解析蟲草生齒梗孢致病機(jī)理及與宿主蛹蟲草的相互作用奠定基礎(chǔ)。

研究發(fā)現(xiàn)蟲草生齒梗孢專一性侵染蛹蟲草，通過(guò)蛹蟲草子實(shí)體菌絲間隙侵入，無(wú)特殊侵染結(jié)構(gòu)形成;被侵染的蛹蟲草菌絲細(xì)胞壁溶解，細(xì)胞變形，細(xì)胞器丟失，最終細(xì)胞破碎。蟲草生齒梗孢有7條染色體，基因組大小34.52Mb，編碼基因10443個(gè)。全基因組系統(tǒng)進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)蟲草生齒梗孢與宿主蛹蟲草具有較近的親緣關(guān)系，比較基因組發(fā)現(xiàn)蟲草生齒梗孢較其他重寄生真菌碳水化合物酶合成基因減少，可能與其較專一的重寄生有關(guān);次生代謝產(chǎn)物分析顯示其具有較強(qiáng)的代謝產(chǎn)物合成能力以及潛在的毒素產(chǎn)生能力，證實(shí)“白毛病”病原菌污染的蛹蟲草子實(shí)體具有食用風(fēng)險(xiǎn)，呼吁產(chǎn)業(yè)引起重視。

2023年3月，團(tuán)隊(duì)在Microbiology Spectrum雜志(中科院一區(qū)，SCI影響因子9.043)在線發(fā)表研究論文 “Dual Transcriptomics Reveals Interspecific Interactions between the Mycoparasite Calcarisporium cordycipiticola and Its Host Cordyceps militaris”。通過(guò)Dual RNA-seq分析，結(jié)合組織細(xì)胞學(xué)觀察，揭示病原菌的致病機(jī)理和宿主蛹蟲草的響應(yīng)機(jī)制，得到可用于抗病育種靶基因的同時(shí)，對(duì)于揭示姐妹科兩個(gè)物種之間的互作機(jī)制研究具有重要的意義。

研究發(fā)現(xiàn)鐵為病原菌的重要致病因子，蛹蟲草通過(guò)產(chǎn)生過(guò)量的活性氧對(duì)抗蟲草生齒梗孢侵染，而病原菌通過(guò)多種途徑攝取鐵，促進(jìn)自身定殖并清除宿主產(chǎn)生的高活性氧，因此為減少病害的發(fā)生，栽培環(huán)境中盡量避免鐵元素。宿主蛹蟲草的Cmhsp78. Cmhsp70和 Cmhyd1可以作為潛在的抗病基因用于蛹蟲草抗病育種。

在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)通過(guò)前期構(gòu)建的CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，對(duì)抗病基因進(jìn)行過(guò)表達(dá)，得到了對(duì)“白毛病”抗病性顯著增強(qiáng)的蛹蟲草菌株，目前已經(jīng)申請(qǐng)專利(專利申請(qǐng)?zhí)枺?02211257442.5)。

原文鏈接：

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

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

系列研究工作不僅揭示了親緣關(guān)系較近的兩個(gè)真菌物種之間的互作關(guān)系和機(jī)制，具有重要的學(xué)術(shù)意義，同時(shí)對(duì)于蛹蟲草病害防控和抗病品種選育具有重要價(jià)值。

所有相關(guān)工作均由中科院微生物所董彩虹研究員課題組的博士生劉晴完成，得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(31872163)和北京市科技計(jì)劃(Z181100002418011)的資助。