刘小坤团队在植物学权威期刊《Plant Biotechnology Journal》发文综述植物-病原菌拮抗操控糖转运蛋白竞争糖类的研究进展

在生态系统中，植物作为自养生物，借助光合作用将阳光转化为能量，合成糖分以供自身使用。然而，植物病原菌作为异养生物，必须从寄主植物中汲取糖分才能完成其生命周期，这便引发了植物与病原菌之间围绕糖分资源的竞争。由于植物体内糖分资源有限，这种竞争变得尤为激烈。病原菌需要与植物争夺有限的糖分以维持其生存和繁殖，而植物则采取措施限制病原菌获取糖分，从而阻止其进一步侵害。因此，植物与病原体之间如何巧妙地调节糖分供应，成为决定抗病性或易感性的关键因素。

近日，庐山植物园的刘小坤研究团队与英国Tony Miller教授团队合作，在国际权威期刊《Plant Biotechnology Journal》上发表了一篇题为“The role of sugar transporters in the battle for carbon between plants and pathogens”的综述文章。该文系统回顾了糖转运蛋白在植物与病原菌相互作用中的研究进展，探讨了双方如何通过调控糖转运蛋白，以争夺宝贵的糖分资源。

当病原菌侵袭植物时，糖分通过两条主要途径从远处组织输送到感染区域：一是质外体途径，糖分由转运蛋白从远处运至质外体，随后通过扩散到达感染点；二是共质体途径，糖分通过胞间连丝和细胞膜构成的通道直达感染部位。病原菌依据其种类、生活方式以及感染阶段的不同，采用多样化的机制吸收糖分。

图1. 植物与病原菌互作时，植物体内糖类移动的两种途径

植物体内存在三类主要的糖转运蛋白：SWEETs、SUTs和STPs。它们分布于特定的亚细胞膜上，具有特定的糖底物和运输功能。植物通过这些糖转运蛋白与转化酶invertase协同作用，调控糖分的运输、分配和供给，响应内外部信号变化。例如，蔗糖可被SWEET蛋白运至质外体，再由SUT蛋白回收入细胞；或者在细胞外被糖转化酶分解为单糖，之后由STP蛋白重新摄入细胞。此外，液泡膜也参与糖分的运输与分配过程，如液泡内的蔗糖可被糖转化酶分解为单糖，并由ERD6排出至液泡外的细胞质中。

图2. 植物体内的各种糖转运蛋白和功能

进化研究表明，SWEET和STP蛋白不仅存在于真核生物中，还出现在原核生物中，而SUT蛋白则仅限于植物和真菌。某些植物中，糖转运蛋白经历了快速进化，表明其功能可能更为多样化。在植物与病原菌的互动中，植物的转运蛋白受到双方的拮抗性调控，影响抗病性或易感性。例如，对于活体营养型真菌而言，病原菌感染促使STP蛋白将单糖吸入细胞，供给吸器使用，促进感染进程；然而，当Lr67res蛋白（STP同源蛋白）感染时，该蛋白功能丧失，无法将单糖摄入细胞，从而产生抗病效果。对于细菌病原体，其通过分泌TAL效应蛋白上调SWEET蛋白的表达，增加细胞外糖浓度，有利于细菌生长；而当植物表面受体检测到flg22信号时，则激发下游BAK1磷酸化STP13，增强细胞外糖的吸收，提高抗性。死体营养型真菌Rhizoctonia solani可通过诱导OsSWEET11表达，导致植物易感；反之，过表达STP13则能增强对死体营养型真菌B. cinera的抵抗力。