《Journal of Advanced Research》：Selectively targeting UDP-glucose 4-epimerase MoUGE1 for controlling rice blast disease
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本研究针对稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）耐药性日益严峻的难题，聚焦其细胞壁合成关键酶MoUGE1，通过基因敲除、代谢组学及虚拟筛选技术，首次揭示MoUGE1通过调控半乳糖胺半乳聚糖（GAG）合成和N-糖基化修饰影响病原菌侵染能力的分子机制，并筛选出高特异性抑制剂UGE1i，为绿色靶向杀菌剂研发提供新策略。
在全球粮食安全面临严峻挑战的背景下，由真菌病原体稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）引起的稻瘟病每年导致水稻减产高达30%，成为威胁全球粮食安全的重大生物灾害。当前稻瘟病防治主要依赖抗病品种和化学杀菌剂，但病原菌快速进化出的耐药性使得传统防治手段逐渐失效。尤其值得注意的是，稻瘟病菌通过附着胞产生巨大膨压穿透宿主细胞壁的独特侵染策略，使其成为研究真菌致病机制的经典模型。在这一过程中，真菌细胞壁作为动态变化的致病关键结构，其完整性直接影响病原菌的侵染能力，而细胞壁多糖合成通路中的关键酶则成为潜在的抗菌靶点。
为解决上述问题，华中农业大学植物科学技术学院的研究团队在《Journal of Advanced Research》发表研究，首次系统解析了UDP-葡萄糖-4-差向异构酶MoUGE1在稻瘟病菌致病过程中的核心作用。研究人员通过基因敲除技术构建Δuge1突变体，结合代谢组学、分子动力学模拟和表面等离子共振等技术，揭示了MoUGE1通过调控半乳糖代谢影响细胞壁合成的分子机制，并利用虚拟筛选从化合物库中鉴定出高特异性抑制剂UGE1i。
关键实验方法概述
研究采用基因敲除技术构建MoUGE1缺失突变体，通过代谢组学分析差异代谢物；运用AlphaFold3预测蛋白质结构，结合虚拟筛选和分子动力学模拟鉴定抑制剂；采用表面等离子共振（SPR）验证结合亲和力；通过细胞壁应激实验、体外酶活检测和病原性评价验证抑制剂效果。（样本来源：稻瘟病菌野生型菌株P131；水稻品种LTH和CO-39；土壤微生物包括芽孢杆菌等益生菌）
研究结果
MoUGE1的鉴定与特征分析
通过同源比对和系统进化分析，发现MoUGE1与构巢曲霉AnGALE结构高度保守。酶活实验表明MoUGE1主要以二聚体形式存在，且UDP-半乳糖-4-差向异构酶活性显著高于UDP-葡萄糖-4-差向异构酶活性（图1G）。亚细胞定位显示MoUGE1在菌丝、孢子、附着胞和侵染菌丝中均定位于细胞质。
MoUGE1调控菌丝生长和致病力
Δuge1突变体菌落直径减小至2.7厘米（野生型为4.1厘米），菌丝顶端细胞长度显著缩短（图2A-D）。致病性实验表明突变体在水稻和大麦叶片上几乎丧失侵染能力（图2G-I），且侵入菌丝在宿主组织中的扩展受阻（图2J-K），证明MoUGE1是病原菌生长和致病必需基因。
MoUGE1影响附着胞穿透和宿主侵染
突变体90%的附着胞停滞在穿透前阶段（图2J-K），且附着胞尺寸显著减小（图3F-G）。细胞壁超微结构观察发现突变体附着胞细胞壁变薄、黑色素层增厚，并出现细胞壁与细胞膜分离的空腔（图3D-E）。
细胞壁糖组分与胁迫响应异常
突变体细胞壁中海藻糖和葡萄糖含量显著升高，而鼠李糖和果糖下降（图3H）。对细胞壁应激剂（CFW、CR）和氧化应激剂（H2O2）敏感性增加，但对SDS耐受性增强（图4A-B），表明细胞壁完整性受损。
GAG合成缺陷与免疫识别暴露
突变体在菌丝和侵染菌丝阶段完全缺失半乳糖胺半乳聚糖（GAG）荧光信号（图4G），而几丁质暴露程度显著增加（图4H），提示MoUGE1缺失导致保护性多糖层缺失，使病原菌更易被宿主免疫系统识别。
代谢紊乱与膜流动性改变
代谢组学发现突变体内UDP-半乳糖积累（图5B），N-糖基化修饰模式紊乱（图5C）。膜脂分析显示磷脂酰胆碱（PC）和磷脂酰乙醇胺（PE）含量下降，鞘磷脂（SM）上升，导致细胞膜流动性指数（PFI）降低（图5J），表明代谢失衡引发膜结构刚性化。
抑制剂UGE1i的筛选与验证
虚拟筛选鉴定出化合物lig122132（UGE1i），其与MoUGE1结合能达-246.617 kJ/mol，解离常数（KD）为24.5 μM（图6E）。离体实验表明UGE1i对稻瘟病菌侵染的抑制效果与商品化杀菌剂三环唑相当，且对水稻、哺乳动物细胞和土壤微生物安全（图6J，图S15）。
结论与意义
本研究首次阐明MoUGE1通过调控GAG合成和N-糖基化修饰，共同维持稻瘟病菌细胞壁完整性和致病力的双轨机制。所发现的抑制剂UGE1i具有物种特异性，为解决杀菌剂耐药性难题提供了新思路。研究不仅深化了对真菌致病分子机制的理解，也为开发绿色靶向杀菌剂奠定了理论基础。
