《Fungal Biology Reviews》：Role of phytopathogenic fungi aldehyde dehydrogenases in mitigating cytotoxic effects of host aldehydes and aldehyde derivatives aldehyde-derivatives during pathogen-host interaction
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这篇综述系统阐述了植物在抵御病原体侵染时，会通过脂氧合酶（LOX）等途径产生具有细胞毒性的醛类物质，作为直接杀伤病原体或诱导系统抗性（SR）的信号分子。文章聚焦于植物病原真菌和卵菌如何利用其醛脱氢酶（ALDHs）来解除宿主醛类物质的毒性，甚至将其转化为能量代谢中间体（如乙酰-CoA）以支持自身在宿主体内的生存和致病。该文以稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）为主要模型，综述了多种ALDH基因（如MoSSADH, MoMMSDH, MoP5CDH）在真菌生长、发育、氧化应激耐受及致病性中的关键作用，并展望了将真菌ALDHs作为开发新型抗真菌化合物的潜在靶点，为植物病害的绿色防控提供了新思路。
在植物与病原微生物漫长的进化军备竞赛中，植物发展出了多样化的化学防御武器库。当受到病原体持续刺激时，植物会迅速启动oxylipin途径并裂解长链脂肪酸，产生一系列不同碳链长度的醛类物质。这些在侵染位点积累的醛，不仅是高效的抗菌分子，能够直接抑制入侵病原体的生长，还能作为信号分子介导系统抗性（SR）的诱导。然而，面对宿主布下的“醛类防线”，植物病原真菌和卵菌并非坐以待毙，它们也拥有自己的“解毒”法宝——醛脱氢酶（Aldehyde Dehydrogenases, ALDHs）。
醛类在植物免疫中的双重角色
醛是一类末端带有羰基（-CHO）的高反应性有机分子。在植物中，它们通过酶促和非酶促反应生成，尤其是在应对生物（如病原体攻击）和非生物胁迫时。脂氧合酶（LOX）途径是产生醛类的关键酶促路线，它能催化亚油酸和亚麻酸的氧化，最终生成被称为绿叶挥发物（GLVs）的六碳短链醛，如（Z）-3-己烯醛和（E）-2-己烯醛。此外，苯丙烷途径（生成木质素前体如松柏醛、芥子醛）、γ-氨基丁酸（GABA）支路和小支链氨基酸（SBCAA）降解等代谢途径也贡献了不同种类的活性醛。
这些宿主来源的醛在植物免疫中扮演着直接和间接的双重角色。直接作用是，当它们在侵染位点的积累超过一定生理阈值时，其高亲电性会导致病原体细胞蛋白质和DNA损伤，从而直接杀死或抑制病原体。例如，来自木质素合成途径的醛类（对-羟基香豆醛、松柏醛、芥子醛）在体外对多种植物病原真菌（如核盘菌、链格孢）和人类病原真菌（如白色念珠菌）都显示出抗真菌活性。间接作用则是，某些醛类可作为信号分子，激活茉莉酸甲酯（Me-JA）、乙烯、脱落酸等防御激素的合成，或作为挥发性信号警示邻近植株启动防御。
有趣的是，并非所有醛类都对真菌不利。植物表皮蜡质层中的一些超长链醛（如正二十六醛）反而可以作为化学线索，辅助真菌孢子识别宿主、促进萌发和附着胞分化。例如，玉米角质层蜡醛的缺失会损害禾谷白粉病菌孢子的萌发和附着胞形成。
真菌ALDHs：从解毒大师到能量转换器
面对宿主“醛类武器”的攻击，成功的植物病原真菌进化出了高效的对策。ALDHs是一个进化上保守的NAD(P)+依赖酶超家族，其核心功能是催化内源性和外源性醛不可逆地氧化为相应的羧酸。
这一过程的意义远不止于简单的解毒。ALDHs的催化反应将有毒的醛转化为羧酸，这些羧酸可进一步代谢进入中心碳代谢流。尤其重要的是，许多醛经过ALDH作用后生成的产物（如乙酸）可以转化为乙酰-CoA，从而进入三羧酸（TCA）循环，为真菌在营养匮乏的侵染早期提供能量和生物合成前体。因此，真菌ALDHs巧妙地将宿主用于防御的“毒药”，转化为了维持自身生存和增殖的“营养”，实现了完美的代谢“反杀”。
ALDHs是病原真菌致病性的关键决定因子
大量功能遗传学研究证实，ALDHs对多种植物病原真菌的生长发育、胁迫耐受及致病性至关重要。在由稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）引起的、全球最具破坏性的水稻病害——稻瘟病的研究中，ALDHs的作用得到了集中体现。
在稻瘟病菌中鉴定的16个ALDH基因中，多个成员被证明是致病所必需的。例如，琥珀酸半醛脱氢酶（SSADH）基因的缺失会导致孢子形成完全缺陷、生长受阻，并使菌株完全丧失致病力。甲基丙二酸半醛脱氢酶（MMSDH）、钾离子激活的醛脱氢酶（KDCDH）和Δ1-吡咯啉-5-羧酸脱氢酶（P5CDH）等基因的缺失或沉默，虽然对营养生长影响不大，但会显著削弱病菌的致病力、毒力和氧化应激耐受能力。
对稻瘟病菌中8个不同ALDH基因（包括底物特异性ALDH和广谱ALDH）的系统表型分析进一步揭示了其关键作用。研究表明，水杨醛脱氢酶（MoSAL）、脂肪醛脱氢酶（MoFAT）、ALDH1（MoALDH1）和ALDH2（MoALDH2）在病菌致病性中扮演着不可或缺的角色，它们的靶向缺失完全废除了稻瘟病菌的致病能力。
类似地，在其他植物病原真菌中，如赤霉菌（Fusarium graminearum），ALDH基因的缺失会导致营养生长、分生孢子产生和在小麦穗上的致病力下降，并伴随关键毒素脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）的合成量显著降低。这些突变菌株对氧化和渗透胁迫也更加敏感。
展望：ALDHs作为绿色防控的新靶点
基于ALDHs在病原真菌致病过程中的核心作用，将其作为开发新型抗真菌剂的作用靶点，具有广阔前景。这符合绿色、可持续的植物病害防控策略。抑制真菌特异的ALDH活性，可以同时削弱病原菌的解毒能力、能量代谢和胁迫响应，从而有效控制病害。
然而，这条道路也面临挑战。首要挑战是脱靶效应，因为ALDHs在真核生物中高度保守，包括植物本身和有益的土壤微生物。非特异性抑制剂可能会对宿主和非靶标生物产生负面影响。其次，ALDH基因的高频重复事件可能通过激活替代代谢途径或上调补偿性解毒系统，加速杀菌剂抗性的产生。最后，如何将ALDH抑制剂有效递送至系统侵染病原菌（如稻瘟病菌、镰刀菌）的侵染部位，并达到足够浓度，也是一个实际难题。
未来的研究可以借助新兴技术克服这些障碍。CRISPR/Cas介导的基因组编辑技术可以对真菌ALDH基因进行精确、靶向的修饰，破坏其非保守或病原特异性的区域，从而最大限度地减少对宿主和其他微生物的脱靶效应。同时，纳米技术（如壳聚糖纳米颗粒、脂质体）的发展为开发高效载体提供了可能，这些载体可以增强ALDH抑制剂的稳定性、生物利用度和靶向递送效率。
总之，植物与病原真菌围绕“醛类防御”与“ALDH解毒”展开的博弈，是微观世界一场精彩的化学生物战。深入揭示真菌ALDHs的多样性和功能机制，不仅有助于我们理解病原菌的致病机理，也为设计新一代高效、低风险的绿色杀菌剂指明了充满希望的方向。将CRISPR、纳米技术与ALDH靶向策略无缝整合，有望推动可持续作物保护实践迈上新台阶。
