近年來蛹蟲草栽培規(guī)模顯著增加，然而，規(guī)模化栽培過程中真菌病害普遍發(fā)生且危害嚴重(劉晴等 2021;人工栽培蛹蟲草的病原真菌，菌物學(xué)報)，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)時有發(fā)生，目前缺乏有效的防控方法，給生產(chǎn)帶來較大的風險。

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

經(jīng)過多年不懈的努力，2021年10月，團隊在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，通過熒光標記、掃描電鏡和透射電鏡跟蹤觀察其侵染蛹蟲草的過程;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，通過蛹蟲草子實體菌絲間隙侵入，無特殊侵染結(jié)構(gòu)形成;被侵染的蛹蟲草菌絲細胞壁溶解，細胞變形，細胞器丟失，最終細胞破碎。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。全基因組系統(tǒng)進化分析發(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的代謝產(chǎn)物合成能力以及潛在的毒素產(chǎn)生能力，證實“白毛病”病原菌污染的蛹蟲草子實體具有食用風險，呼吁產(chǎn)業(yè)引起重視。

2023年3月，團隊在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Dual RNA-seq分析，結(jié)合組織細胞學(xué)觀察，揭示病原菌的致病機理和宿主蛹蟲草的響應(yīng)機制，得到可用于抗病育種靶基因的同時，對于揭示姐妹科兩個物種之間的互作機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，蛹蟲草通過產(chǎn)生過量的活性氧對抗蟲草生齒梗孢侵染，而病原菌通過多種途徑攝取鐵，促進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，團隊通過前期構(gòu)建的CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，對抗病基因進行過表達，得到了對“白毛病”抗病性顯著增強的蛹蟲草菌株，目前已經(jīng)申請專利(專利申請?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)系較近的兩個真菌物種之間的互作關(guān)系和機制，具有重要的學(xué)術(shù)意義，同時對于蛹蟲草病害防控和抗病品種選育具有重要價值。

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，得到國家自然科學(xué)基金面上項目(31872163)和北京市科技計劃(Z181100002418011)的資助。