病原真菌的生长与致病高度依赖于碳源供给。在营养充足的条件下，碳代谢阻遏机制（Carbon catabolite repression, CCR）促使真菌优先利用优势碳源，以保证高效能量利用及快速生长。当缺少优势碳源时，碳代谢阻遏被解除，真菌得以利用替代碳源，以增强对复杂环境的适应能力。这一由碳源状态决定的转录及代谢重排，构成了真菌在不同生态位间切换生理状态的调控枢纽。在侵染过程中，病原真菌主要依赖寄主植物提供的碳源。碳代谢阻遏状态的变化作为一种信号开关，驱动营养利用和致病相关基因表达，以实现对寄主的成功侵染。那么，是否能够通过干预病原真菌的碳代谢阻遏，对病害进行控制。
近日，西北农林科技大学植物保护学院、作物抗逆与高效生产全国重点实验室江聪课题组在Cell Host & Microbe在线发表了题为Bacterial entrapment of a fungal carbon repressor prevents plant colonization的研究论文。该研究揭示了一种新的微生物互作调控机制：有益细菌通过干预病原真菌碳代谢阻遏核心因子CreA的核质动态，将其持续“锁定”于细胞核内，从而维持碳代谢阻遏状态。该过程抑制了营养利用及致病基因的激活，使病原真菌在侵染时陷入功能性“碳饥饿”状态，进而阻断其由营养生长向侵染生长的转换。该模式突破了以“杀灭病原菌”为目的的生防思路，转而通过扰乱病原菌的代谢调控状态，干预其侵染程序的启动，从而实现对病菌致病的阶段特异性抑制。
小麦赤霉病由禾谷镰孢引起，是全球范围内广泛发生的重大真菌病害，严重威胁粮食产量与食品安全。在田间发病严重的小麦穗中，偶尔可观察到个别保持健康状态的小穗。研究者从此类健康小穗中分离获得一株有益细菌CXZ-8。对峙培养实验表明，CXZ-8对禾谷镰孢的营养生长无显著抑制作用，其发酵产物亦不影响禾谷镰孢的菌落扩展，表明其作用机制可能不同于传统的直接抑菌模式。通过扫描电镜和共聚焦显微观察发现，CXZ-8能够特异性聚集并紧密附着于禾谷镰孢的侵染结构及侵染菌丝周围，呈现出明显的空间富集现象。该物理附着行为提示其可能通过直接接触介导的方式，对病原菌侵染过程实施靶向性干扰。
转录组分析表明，CXZ-8附着诱导了禾谷镰孢的转录重排，且差异表达基因高度富集于碳代谢相关通路。值得注意的是，这些基因启动子区域普遍富集碳代谢阻遏因子CreA的结合元件。进一步研究发现，CreA蛋白在不同营养条件下发生动态的核质穿梭，其亚细胞定位状态直接决定真菌由营养生长向侵染生长的转换。当进入侵染阶段时，CreA需要从细胞核进入细胞质，以解除其对致病相关基因的转录抑制。然而，在CXZ-8附着条件下，禾谷镰孢对外界营养信号的感知能力受到干扰，CreA被持续稳定地滞留于细胞核内，维持碳代谢阻遏状态。研究者还鉴定到CreA直接调控的关键下游靶基因FCO1。该基因编码的酶兼具破坏寄主物理屏障和促进营养获取的双重功能。对该基因的持续转录抑制，是侵染程序难以启动的重要原因。禾谷镰孢侵染过程中伴随DON毒素的合成积累，并诱导寄主产生吲哚类防御代谢物，这些化合物对CXZ-8具有明显抑制作用。CXZ-8通过抑制病原菌侵染，间接降低上述有害代谢物的积累水平，从而缓解其所受的胁迫，维护其自身生态位，形成一种基于代谢调控的微生物互作反馈机制。
对大量田间细菌资源的系统筛选结果表明，稳定CreA核定位并非CXZ-8所特有的机制。约20%的菌株在不同程度上具备稳定CreA核定位的能力，提示操纵碳代谢阻遏状态可能是一种在自然环境中普遍存在的微生物跨界互作策略。基于对碳代谢阻遏调控能力的定向筛选，研究者获得了一系列具有病害防控潜力的有益细菌，构建了复合菌群RMC1-1。相较于单一菌株CXZ-8，RMC1-1在环境胁迫耐受性、自然定殖能力及群落稳定性方面均表现更优。温室和田间试验证实该菌群能够显著降低小麦赤霉病的发生程度。鉴于碳代谢阻遏机制在真菌中高度保守，研究者推测该调控策略可能具有跨病原物种的普适性。实验证实，RMC1-1菌群对水稻稻瘟病、苹果树腐烂病及小麦茎基腐病等多种重要真菌病害均具有显著防控效果。上述结果表明，围绕病原真菌碳代谢开关进行精准调控，可能构建一种具有广谱性和机制靶向特征的病害防控新路径。
西北农林科技大学植物保护学院在读博士研究生徐代英和夏阿亮为论文并列第一作者，江聪教授为通讯作者。刘慧泉教授、王秦虎副教授、王光辉副教授等在本课题中作出了重要贡献，许金荣教授及黄丽丽教授亦给予了宝贵的指导与建议。作物抗逆与高效生产全国重点实验室实验平台为研究提供了技术支撑，该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。
论文链接：
https://www.cell.com/cell-host-microbe/abstract/S1931-3128(26)00047-8
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