南农在QoIs杀菌剂调控赤霉病菌DON毒素生物合成研究方面取得新进展

日期:05-29-2020

世界农化网中文网报道： 甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂是以天然抗生素Strobilurin A为先导化合物开发的新型杀菌剂，是现代农药发展史上继三唑类杀菌剂之后的又一类极具发展潜力和市场活力的新型农用杀菌剂。该类杀菌剂具有新颖的作用机制，与线粒体电子传递链中的复合体III（细胞色素b和c1复合物）中的细胞色素b的Qo位点结合，阻断呼吸系统，因此又被称为Qo位点呼吸抑制剂（Quinone outside respiration inhibitors），简称QoIs杀菌剂。与过去使用的其他类型杀菌剂没有交互抗性，具有抗菌谱广、活性高、选择性强等优点。近年发现，QoIs杀菌剂的一些品种对赤霉病菌具有较高的抗菌活性，并被登记用于小麦赤霉病的防治。

然而，南京农业大学杀菌剂生物学研究团队最近研究发现，QoIs杀菌剂亚致死剂量处理会增强小麦赤霉病菌DON毒素合成能力，提高小麦的毒素污染水平。近日，以青年教师段亚冰副教授为第一作者，周明国教授为通讯作者的《Quinone outside inhibitors affect DON biosynthesis, mitochondrial structure and toxisome formation in Fusarium graminearum》研究论文在国际前沿学术期刊Journal of Hazardous Materials上发表。该研究发现QoIs杀菌剂可上调能量代谢中的乙酰辅酶A生物合成，提供更多的次生代谢物生物合成前体，促进了赤霉病菌DON毒素的生物合成。同时，QoIs杀菌剂不仅能够阻止呼吸链的电子传递，干扰能量合成，而且还能导致线粒体结构发生碎片化，破坏线粒体动态平衡，使线粒体与内质网耦合结构发生改变，从而促进了赤霉病菌产毒小体（内质网重塑结构）的形成（图1）。


田间定量接种试验也进一步证实了QoIs杀菌剂能够抑制赤霉病菌在麦粒中的发展，但在单位麦粒和单位菌丝生物量条件下DON毒素浓度显著增加，威胁小麦质量安全。该研究成果对于QoIs杀菌剂的农药登记管理、新型杀菌剂研发及科学使用、保障食品安全和人民健康等均具有重要的科学意义和实际应用价值。

此外，以周泽华博士研究生和徐超硕士研究生为第一作者、段亚冰副教授为共同作者和周明国教授为通讯作者的《Carbendazim‐resistance associated β2‐tubulin substitutions increase deoxynivalenol biosynthesis by reducing the interaction between β2‐tubulin and IDH3 in Fusarium graminearum》和《Impact of five succinate dehydrogenase inhibitors on DON biosynthesis of Fusarium asiaticum, causing Fusarium head blight inwheat》最近分别在Environmental Microbiology和Toxins专业Top期刊上发表。这些研究发现多菌灵防治小麦赤霉病及赤霉病菌发生抗药性变异能够大幅度提高DON毒素生物合成和致病力，而测定的5种琥珀酸脱氢酶抑制剂(SDHIs)杀菌剂则能显著抑制DON毒素生物合成并降低致病力。首次发现多菌灵与异柠檬酸脱氢酶（IDH3）能够竞争性结合β-微管蛋白，降低IDH活性；β-微管蛋白发生抗药性的单个氨基酸变异也会降低与IDH3亲和性，导致乙酰辅酶A积累，从而上调DON毒素生物合成的分子机制（图2）。该研究成果不仅阐明了我国小麦赤霉病灾变机理，为小麦赤霉病防控技术研发及科学评价具有实际应用价值，而且对于研究细胞分裂、呼吸代谢与生长发育的调控机制也具有重要科学意义。

上述研究工作得到国家自然科学基金-重点项目和面上项目的资助。