《Plant Physiology and Biochemistry》：Understanding the functional role of cell wall-degrading enzymes in
Magnaporthe oryzae and their interactions with the rice immune system
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这篇综述系统阐述了稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）分泌的细胞壁降解酶（CWDEs，主要为糖苷水解酶GH家族）在侵染水稻过程中的双重角色：一方面降解宿主细胞壁（纤维素、半纤维素、果胶、角质）以促进定殖，另一方面其降解产物作为损伤相关分子模式（DAMPs）被水稻模式识别受体（PRRs）识别，激活免疫反应（如ROS爆发、胼胝质沉积）。文章还探讨了CWDEs的分泌动态、转录调控以及水稻相应的防御策略（如细胞壁加固、分泌抑制剂），为开发针对稻瘟病及相关真菌病原体的新型抗病策略提供了见解。
2. CWDEs in M. oryzae
稻瘟病菌的成功定殖严重依赖于一系列细胞壁降解酶（CWDEs），这些酶解构宿主细胞壁的主要多糖成分以促进穿透、营养释放和真菌扩散。基因组注释分析显示，CWDE基因分布在稻瘟病菌的七条染色体上，包括纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶和角质酶，它们并未集中在家族特异性位点。
2.1. Cellulose-degrading enzymes
纤维素是植物细胞壁的主要结构成分。微生物降解纤维素的酶分为几类糖苷水解酶（GH）家族，包括GH1、GH3、GH5、GH6、GH7、GH9、GH12、GH45、GH48和AA9。降解过程涉及内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶的协同作用。例如，GH7家族的内切葡聚糖酶MgEGL1（MoCel7B）的敲低突变体病变形成显著减少，穿透效率受损。而GH12家族的内切葡聚糖酶（如MoCel12A）不仅降解细胞壁，其产生的β-葡聚糖衍生寡糖能被水稻PRR OsCERK1识别，触发ROS爆发，凸显了其在真菌致病性和植物防御信号中的双重作用。β-葡萄糖苷酶如MoCel3A和MoCel3B则在水解纤维素终产物中起关键作用。
2.2. Hemicellulose-degrading enzymes
半纤维素是植物细胞壁的关键非纤维素多糖。半纤维素降解酶分为靶向β-连接多糖（如β-半乳糖苷酶、β-甘露糖苷酶、内切-β-1,4-木聚糖酶、β-木糖苷酶）和靶向α-连接多糖（如α-半乳糖苷酶、α-岩藻糖苷酶、α-阿拉伯呋喃糖苷酶、α-葡萄糖醛酸酶）的两大类。内切-1,4-β-木聚糖酶（GH10和GH11家族）在降解和免疫调节中尤为重要。例如，GH11木聚糖酶MoXYL1A（MGG_07955）对于适当的黑色化和附着胞形成至关重要。近期鉴定的GH29 α-1,2-岩藻糖苷酶MoFco1特异性切割岩藻糖基化木葡聚糖，在宿主入侵中起关键作用，其缺失突变体侵染性菌丝扩展和病变发展减弱，并引发更强的植物免疫反应。GH43 α-阿拉伯呋喃糖苷酶MoAbfB也被鉴定为关键毒力因子，其重组蛋白处理能诱导水稻防御相关基因表达，增强对稻瘟病的抗性。
2.3. Pectin-degrading enzymes
果胶是植物细胞壁多糖，主要存在于初生细胞壁和中胶层。真菌诱导的果胶降解涉及水解（通过多聚半乳糖醛酸酶PGs）和β-消除（通过果胶裂解酶PLs）两种机制。内切多聚半乳糖醛酸酶（endoPG）的突变虽不影响病原菌的致病性、菌丝生长和附着胞形成，但在高浓度下显著降低分生孢子萌发效率。果胶降解产生的寡聚半乳糖醛酸（OGs）是重要的DAMPs，能触发ROS产生、MAPK激活、胼胝质沉积等防御反应。OGs的生物活性强烈依赖于其聚合度（DP），通常DP为10-15的OGs是最有效的激发子。植物通过多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白（PGIPs）调节OG积累。虽然拟南芥中的WALL-ASSOCIATED KINASE 1（WAK1）曾被提议为OG受体，但近期遗传证据表明WAKs对OG感知并非必需。在水稻中，过表达OsWAK1可提高对稻瘟病的抗性，但其作用机制是否与OG感知相关尚不清楚。
2.4. Cutin-degrading enzymes
角质是植物表皮的主要结构成分，由羟基和环氧脂肪酸组成的蜡状聚酯构成。稻瘟病菌基因组中注释有多个角质酶基因。角质酶降解角质聚合物释放单体，其中16-羟基棕榈酸（HPA）可激活植物防御相关反应。相反，角质衍生寡聚物（COMs）作为中间降解产物，能引发植物细胞钙内流和MAPK激活。COM诱导的MAPK激活和钙信号传导不依赖于CERK1和SERK家族PRRs，表明存在未知的受体感知角质衍生分子。
3. Secretion, expression, and biological functions of CWDEs in rice blast fungus
3.1. Identification, diversity, and cooperative functions of CWDEs across fungal pathogens
比较基因组学分析揭示了CWDEs在稻瘟病菌及其他相关真菌中的多样性和协同功能。半纤维素相关酶类（如GH43、GH28、GH10、GH27）表现出最显著的拷贝数变异。这些CWDEs序贯或并行发挥作用以降解复杂的宿主细胞壁，例如GH10和GH11内切木聚糖酶协同降解木聚糖主链。
3.2. Secretion dynamics of CWDEs
CWDEs通常通过经典的内质网-高尔基体分泌途径分泌到宿主质外体。在分析的121个CWDEs中，86个预测含有信号肽。部分CWDEs可能利用非经典分泌途径或具有 moonlighting 功能，例如GH11内切木聚糖酶MoXYL1A在侵染后期定位于水稻叶绿体，其功能意义尚待阐明。
3.3. Gene expression profiles of CWDEs
转录组分析显示CWDEs基因在稻瘟病菌侵染周期中呈现阶段特异性表达。早期生物营养阶段仅有少量CWDEs表达，以避免大量细胞死亡。随着病菌向坏死营养阶段转变（尤其在72 hpi后），纤维素酶（如GH6、GH7家族成员）、半纤维素酶和果胶酶等被大量诱导，标志着大规模组织分解的开始，以促进营养获取和菌丝扩展。
3.4. CWDE roles in appressorium development
CWDEs不仅降解宿主细胞壁，还影响附着胞的发育。角质酶CUT2对于菌丝形态发生和附着胞成熟不可或缺，其缺失突变体虽能产生近乎正常的膨压，但无法完成早期发育转变，添加合成角质单体可挽救此缺陷。木聚糖酶如MoXYL1A也为适当的黑色化和附着胞功能所必需。
3.5. CWDEs and the plant counter defense
水稻进化出复杂的防御机制对抗CWDEs。宿主能识别CWDEs衍生的寡糖作为DAMPs以激发免疫反应。例如，GH12内切葡聚糖酶产生的寡糖被OsCERK1识别，启动下游免疫。水稻还分泌抑制蛋白（如OsRMC）直接结合并抑制病原菌木聚糖酶（如MoCel10A）的活性。过表达木聚糖酶抑制蛋白（XIPs）如RIXI和OsXIP能增强对稻瘟病的抗性。此外，胼胝质沉积是水稻防御的重要组成部分，由胼胝质合酶快速合成，能加固细胞壁并暂时限制真菌入侵。
4. Concluding remarks and future perspectives
尽管在表征GH11、GH12和GH3家族成员方面取得了显著进展，但稻瘟病菌中大量GH家族的功能仍有待研究。计算生物学的新工具，如AlphaFold 2和AlphaFold 3，可通过预测蛋白质结构、配体结合和蛋白质-蛋白质相互作用来加速GH功能注释。最终，理解不同GH家族如何贡献于稻瘟病菌的致病性以及植物如何响应它们，将阐明宿主-病原体相互作用的分子基础，并指导制定持久的作物保护策略。
