幾乎所有生物都使用化學防御來抵御其天敵，這樣的防御可能會對病原菌微生物的繁殖產(chǎn)生負面影響。植物會使用一種策略在需要時激活無毒原毒素的生產(chǎn)來阻止病原體和草食動物攻擊同時避免自身中毒。例如，十字花科植物產(chǎn)生氨基酸衍生的硫代葡萄糖苷（GLs），其在組織受損時被β-硫代葡萄糖苷葡糖水解酶（黑芥子酶）激活產(chǎn)生有毒的異硫氰酸鹽（ITC）和腈。這種策略可以防御許多昆蟲、食草動物和某些病原體的攻擊。但是像菜籽、卷心菜和西蘭花等蕓苔屬作物仍遭受特定昆蟲和微生物病原體的嚴重侵襲。一些專門的食草昆蟲和動物可以代謝GL防止毒性ITC形成。但是，大多數(shù)草食動物不會阻止GL的活化，而是使用一般的谷胱甘肽（GSH）途徑來偶聯(lián)GL水解產(chǎn)物，從而使其失活。有趣的是，研究證明細菌還可以對ITC水解產(chǎn)物進行解毒，這與草食動物中的細菌明顯不同，方法是使用稱為ITC水解酶的金屬-β-內(nèi)酰胺酶（MBL）酶將ITC直接降解為羰基硫及其相應(yīng)的胺。最近，在甲蟲中也檢測到ITC代謝的次要產(chǎn)物胺和其相應(yīng)的乙酰化衍生物，但尚不清楚這種轉(zhuǎn)化是由昆蟲本身還是與其相關(guān)的微生物群落產(chǎn)生的。盡管我們了解昆蟲和細菌中的GL代謝，但對GL的真菌代謝以及在十字花科植物中定植的病原真菌如何應(yīng)對GL及其毒性水解產(chǎn)物知之甚少。

近日德國化學生態(tài)研究所在NC上發(fā)表”The phytopathogenic fungus Sclerotinia sclerotiorum detoxifies plant glucosinolate hydrolysis products via an isothiocyanate hydrolase”的文章。

該文章利用菌核盤菌（Sclerotinia sclerotiorum）具有很強破壞性和地理分布較廣的植物真菌病原體，侵染擬南芥葉片，詳細地探究了GL在植物與核盤菌之間相互作用中的作用

首先作者分別用真菌感染野生型和tgg1/tgg2（葉片黑芥子病的缺陷）和myb28/myb29（脂肪族GL缺陷）的突變體。脂肪族GL缺乏的擬南芥myb28/myb29突變體比具有WT GL水平的植物更容易受到感染。tgg1/tgg2突變體上的核盤菌值比野生型植物上的值要高，該突變體缺乏激活GLs的葉片黑芥子酶，但與myb28/myb29上的定植相似。因此，作者推斷脂族GL通過其水解產(chǎn)物（ITC）有助于植物抵抗病原真菌。為了確定在真菌感染過程中脂肪族GL和ITC的水平是否發(fā)生變化，在菌核和模擬接種的擬南芥中對4MSOB-GL（擬南芥Col-0葉片中最豐富的GL）及其水解產(chǎn)物4MSOB-ITC進行了定量。結(jié)果表明GL系統(tǒng)已在感染初期被真菌激活，而后期ITC的水平降低可能是由于真菌降解ITC所致。為了探索真菌如何修飾這些化合物，作者將核糖鏈球菌培養(yǎng)物分別與4MSOB-GL和4MSOBITC孵育，并通過液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法（LC-MS/MS）分析來自培養(yǎng)基的樣品。發(fā)現(xiàn)核盤菌通過兩種ITC轉(zhuǎn)化途徑（巰基丙酸結(jié)合途徑和水解降解途徑）降低4MSOB-ITC的濃度。

為了鑒定造成菌核盤菌中ITC降解的相應(yīng)基因，作者從核盤菌中搜索了已知ITC酶SaxA的菌盤菌蛋白同源物。選擇了五個S.sclerotiorum MBL蛋白（SS1G_12040，SS1G_11053，SS1G_01079，SS1G_14439和SS1G_12145）并通過RT-qPCR檢測確定了候選基因Ss12040命名為SsSaxA，酶活實驗證明SsSaxA可以將ITC作為底物進行水解。為了確定SsSaxA基因的缺失是否影響菌核菌中的ITC代謝，作者還創(chuàng)建了SsSaxA突變的菌株進行實驗。將WT和ΔSsSaxA突變體在4MSOB-ITC的液體培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，并通過時間過程比較ITC降解率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，WT真菌降解4MSOB-ITC的速度明顯比ΔSsSaxA突變體快。這些結(jié)果表明，SsSaxA負責核盤菌中的ITC水解。為了進一步研究水解途徑對ITC真菌耐受性的重要性，分別暴露于一系列濃度分別為4MSOB-ITC和2PE-ITC的乙醇（EtOH）和DMSO溶液中后，測定WT和ΔSsSaxA真菌的生長。在對照板上，WT和ΔSsSaxA突變真菌的生長速率沒有顯著差異，表明SaxA在正常條件下對于核盤菌的生長和發(fā)育不是必需的。但是，在4MSOB-ITC和2PE-ITC均存在的情況下，ITCase缺乏會導致生長顯著降低。因此，依賴SsSaxA的ITC排毒可以使核盤菌耐受培養(yǎng)基中的ITC。

綜上所述，在本研究中，作者發(fā)現(xiàn)植物防御主要由兩部分組成。十字花科的GL-黑芥子酶系統(tǒng)在防御真菌感染中起重要作用。GLs對有毒ITC水解產(chǎn)物的活化有助于降低擬南芥對壞死性病原菌S.sclerotiorum的敏感性。