葡萄枝干病（Grape Trunk Disease，GTD）在世界各地葡萄种植区广泛发生，每年造成超过 15 亿美元的经济损失。仅在加利福尼亚州，与 GTD 相关的年度损失就占所生产酿酒葡萄总价值的 14%。
GTD 是一类危害葡萄枝干的真菌性病害，主要包括葡萄衰枯病（Esca）、葡萄溃疡病（Botryosphaeria Dieback）、葡萄顶枯病（Eutypa dieback）、葡萄蔓枯病（Diaporthe dieback）和葡萄黑根病（Black Foot Disease）等五类。
导致 GTD 的病原真菌十分复杂，往往数种真菌共同作用，主要包括 Botryosphaeriaceae、Phaeomoniellaceae 等 9 个科中 32 个属（如 Botryosphaeria、Phaeoacremonium、Eutypa、Diatrype），其致病机制仍有许多未解之谜。
这些病原体主要通过修剪伤口感染枝干，通常攻击较老、成熟的葡萄藤；而后在其中定植，导致藤蔓坏死、变色、维管束感染和腐烂。受影响的葡萄藤在外部表现出各种症状，如发芽延迟、枯萎、果实发育迟缓等。葡萄藤最初生产力下降，严重者最终会彻底死亡。
雪上加霜的是，具有控制 GTD 潜力的杀菌剂（如用于抵抗 Esca 的亚砷酸钠或8-羟基喹啉）由于其毒性，欧洲已禁止使用，而目前并没有有效的控制方法。
深入了解多种真菌病原的复合体导致 GTD 的致病机理，以此开辟控制这项疑难杂症的潜在方法，是亟待解决的问题。
▲图 | 三种主要 GTD 导致的葡萄木材、果实、叶片、整株症状（来源：[2]）
最近，由马萨诸塞大学阿默斯特分校（University of Massachusetts Amherst）领导的一组跨国研究揭示了一种以前未知的 GTD 致病机制，值得庆幸的是，据此，一个相当简单、具有成本效益的解决方案可能即将出现。
真菌通过伤口进入葡萄藤内部后，通过降解木本植物的纤维素和木质素导致藤蔓溃疡腐烂。然而降解坚韧的纤维素和木质素并非易事。真菌如何对其降解，一直以来令科学家感到困惑。马萨诸塞大学阿默斯特分校微生物学教授、该论文的作者 Barry Goodell 说，“木本组织降解的机制是理解由真菌产生的小化合物如何作用于葡萄藤的关键。”
根据先前的实验，引起 GTD 的真菌会产生不同类型的小化合物，这些化合物被释放到葡萄藤木本组织，其中一种化合物负责还原铁。通常，铁以化合物的形式存在，从 Fe2+ 氧化到 Fe3+ 的过程为木质组织降解奠定了基础。
（来源：[1]）
该研究据此设计了以下实验：选取导致 Eutypa dieback 和 Esca 两种常见 GTD 的三种病原真菌（分别为 Phaeomoniella chlamydospora、Phaeoacremonium minimum 和 Eutypa lata），研究其代谢组在产生氧自由基方面的作用，而这些氧自由基可能在木质降解中发挥作用。
实验结果表明，一些代谢物优先还原铁，而另一些代谢物则参与氧化还原循环以产生过氧化氢。这些具有不同功能的代谢物组合既可以在单独培养的一种真菌中产生，亦可以在不同种类真菌的混合培养中产生。
“但这还不是故事的全部，”Goodell 说，“我们还发现，真菌复合物还会产生另一组小化合物，这些化合物非常擅长产生过氧化氢。当过氧化氢遇到还原铁时，反应释放出大量氧自由基，破坏木质组织，导致几乎癌症样的疾病。”
▲图 | 原位生成 Fe2+ 和过氧化氢以及 GTD 真菌降解木质素和细胞壁大分子的可能机制（来源：[1]）
简而言之，每种真菌都产生这种胞外“炸弹”所需的两种类型的小化合物之一，小化合物混合起来，“炸开”葡萄藤细胞的纤维素壁。一旦细胞壁被破坏，真菌就可以“享用”富含糖分的液体，而这种液体正是支持葡萄藤自身生长的细胞结构。
与此同时，螯合剂介导的 Fenton（CMF）这一化学过程由真菌代谢物促进，允许产生高活性羟基自由基，进一步加速降解过程。
幸运的是，有一个潜在的解决方案可能抵抗这一降解过程：抗氧化剂和低毒性螯合剂。它们也会中断还原铁和过氧化氢的产生过程，还能清除真菌产生的氧自由基，通常作为食品添加剂以保持食品新鲜。Goodell 指出，“某些细菌和真菌会产生这些抗氧化剂和螯合化合物。我们的研究表明，通过增加葡萄藤上这些拮抗生物的存在，可以通过生物控制的方法来阻止 GTD。”
这项研究代表了对于理解 GTD 这种葡萄园常见毁灭性疾病以及控制该疾病的最新突破。该研究组将继续与不同国家的葡萄园合作，继续探究致病机理与生物控制策略。
3.https://bioengineer.org/wine-drinkers-of-the-world-rejoice-new-research-led-by-umass-amherst-finds-key-to-billion-dollar-problem/
4.https://www.micro.umass.edu/faculty-and-research/barry-goodell
5.https://en.wikipedia.org/wiki/Grapevine_trunk_disease
6.https://de.wikipedia.org/wiki/Esca_(Weinbau)
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