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锈菌是真菌性病原体中对全球粮食安全构成重大威胁的一类，它们能够适应并进化出可突破抗性的新品系，从而对农作物造成严重损害。这些专性活体营养生物通过分泌效应蛋白来操纵寄主生理过程，以促进侵染和定殖。我们利用 AlphaFold2 研究了亚麻柄锈菌（Melampsora lini）和四种柄锈菌属（Puccinia）物种分泌组中效应蛋白之间的结构保守性。AlphaFold2 对 27,090 个分泌蛋白中的 45.7% 给出了高置信度预测，而其中 19% 的预测质量较差。比较分析显示，锈菌分泌组整体呈现广泛的结构多样性，13 个已知锈菌 Avr 蛋白除 AvrSr13 和 AvrSr33 外均分别属于不同的聚类。尽管如此，仍然存在大量结构相关的大型蛋白聚类，其中包括 59 个成员数均超过 50 的聚类，且其中 3 个聚类含有已知的 Avr 蛋白。在其他真菌中已定义的主要结构家族中，本研究涉及的锈菌物种仅包含 FOLD 和类 ToxA 家族。对富含半胱氨酸蛋白的结构分析表明，超过一千个效应候选蛋白具有锌结合位点，其中约 75% 预测为细胞质效应蛋白。相比之下，富含半胱氨酸的胞外质效应候选蛋白则以高频率的二硫键为特征。一类预测的金属结合蛋白家族在小麦秆锈菌（P. graminis f. sp. tritici）中发生了显著扩张，并且包括 AvrSr13 和 AvrSr33。我们利用生化实验在体外证实，纯化的 AvrSr13 和 AvrSr22 蛋白能够结合锌。总体而言，结构建模为研究序列无关的效应蛋白提供了新途径，并凸显了锈菌物种效应蛋白库的高度多样性。
锈菌是真菌性病原物中对全球粮食安全构成重大威胁的一类，它们能够适应并进化出可突破宿主抗性的新品系，从而对作物造成严重损害。此类专性活体营养菌通过分泌效应蛋白感染宿主植物，这些蛋白能够操纵宿主生理过程，以促进侵染和定殖。
我们利用 AlphaFold2 研究了亚麻柄锈菌（Melampsora lini）和四种柄锈菌属（Puccinia）物种分泌组中效应蛋白之间的结构保守性。对于 27,090 个分泌蛋白，AlphaFold2 为其中 45.7% 提供了高置信度预测，而 19% 的预测质量较差。比较分析显示，锈菌分泌组整体具有广泛的结构多样性；除 AvrSr13 和 AvrSr33 外，已知的 13 个锈菌 Avr 蛋白均分别属于不同的聚类。尽管如此，仍然存在大量结构相关的大型蛋白聚类，其中包括 59 个成员数均超过 50 的聚类，且其中 3 个聚类包含已知的 Avr 蛋白。
在其他真菌中已定义的主要结构家族中，本研究涉及的锈菌物种仅包含 FOLD 和类 ToxA 家族。对富含半胱氨酸蛋白的结构分析表明，有超过一千个效应因子候选蛋白具有锌结合位点，其中约 75% 被预测为胞质效应因子。相比之下，富含半胱氨酸的质外体效应因子候选蛋白则以高频出现的二硫键为特征。一个预测的金属结合蛋白家族在小麦秆锈菌（P. graminis f. sp. tritici）中发生了显著扩张，并且包含 AvrSr13 和 AvrSr33。
我们通过生化实验在体外证实，纯化的 AvrSr13 和 AvrSr22 蛋白能够结合锌。总体而言，结构建模为研究序列无关的效应因子提供了新的途径，并凸显了锈菌物种效应因子库的高度多样性。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.11.731755v1?rss=1
🏷️ 锈菌效应子 分泌组分析 蛋白质结构预测 AlphaFold2 金属结合蛋白 植物病原真菌