甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑是以天然抗生素Strobilurin A為先導(dǎo)化合物開發(fā)的新型殺菌劑，是現(xiàn)代農(nóng)藥發(fā)展史上繼三唑類殺菌劑之后的又一類極具發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)活力的新型農(nóng)用殺菌劑。該類殺菌劑具有新穎的作用機(jī)制，與線粒體電子傳遞鏈中的復(fù)合體III（細(xì)胞色素b和c1復(fù)合物）中的細(xì)胞色素b的Qo位點(diǎn)結(jié)合，阻斷呼吸系統(tǒng)，因此又被稱為Qo位點(diǎn)呼吸抑制劑（Quinone outsiderespirationinhibitors），簡稱QoIs殺菌劑。與過去使用的其他類型殺菌劑沒有交互抗性，具有抗菌譜廣、活性高、選擇性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。近年發(fā)現(xiàn)，QoIs殺菌劑的一些品種對(duì)赤霉病菌具有較高的抗菌活性，并被登記用于小麥赤霉病的防治。
然而，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)殺菌劑生物學(xué)研究團(tuán)隊(duì)最近研究發(fā)現(xiàn)，QoIs殺菌劑亞致死劑量處理會(huì)增強(qiáng)小麥赤霉病菌DON毒素合成能力，提高小麥的毒素污染水平。近日，以青年教師段亞冰副教授為第一作者，周明國教授為通訊作者的《Quinone outside inhibitors affect DON biosynthesis, mitochondrial structure and toxisome formation in Fusarium graminearum》研究論文在國際前沿學(xué)術(shù)期刊Journal of HazardousMaterials上發(fā)表。該研究發(fā)現(xiàn)QoIs殺菌劑可上調(diào)能量代謝中的乙酰輔酶A生物合成，提供更多的次生代謝物生物合成前體，促進(jìn)了赤霉病菌DON毒素的生物合成。同時(shí)，QoIs殺菌劑不僅能夠阻止呼吸鏈的電子傳遞，干擾能量合成，而且還能導(dǎo)致線粒體結(jié)構(gòu)發(fā)生碎片化，破壞線粒體動(dòng)態(tài)平衡，使線粒體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耦合結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而促進(jìn)了赤霉病菌產(chǎn)毒小體（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)重塑結(jié)構(gòu)）的形成（圖1）。田間定量接種試驗(yàn)也進(jìn)一步證實(shí)了QoIs殺菌劑能夠抑制赤霉病菌在麥粒中的發(fā)展，但在單位麥粒和單位菌絲生物量條件下DON毒素濃度顯著增加，威脅小麥質(zhì)量安全。該研究成果對(duì)于QoIs殺菌劑的農(nóng)藥登記管理、新型殺菌劑研發(fā)及科學(xué)使用、保障食品安全和人民健康等均具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
圖1QoIs殺菌劑作用于線粒體調(diào)控赤霉病菌產(chǎn)毒小體形成的模式圖
此外，以周澤華博士研究生和徐超碩士研究生為第一作者、段亞冰副教授為共同作者和周明國教授為通訊作者的《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》最近分別在EnvironmentalMicrobiology和Toxins專業(yè)Top期刊上發(fā)表。這些研究發(fā)現(xiàn)多菌靈防治小麥赤霉病及赤霉病菌發(fā)生抗藥性變異能夠大幅度提高DON毒素生物合成和致病力，而測(cè)定的5種琥珀酸脫氫酶抑制劑（SDHIs）殺菌劑則能顯著抑制DON毒素生物合成并降低致病力。首次發(fā)現(xiàn)多菌靈與異檸檬酸脫氫酶（IDH3）能夠競爭性結(jié)合β-微管蛋白，降低IDH活性；β-微管蛋白發(fā)生抗藥性的單個(gè)氨基酸變異也會(huì)降低與IDH3親和性，導(dǎo)致乙酰輔酶A積累，從而上調(diào)DON毒素生物合成的分子機(jī)制（圖2）。該研究成果不僅闡明了我國小麥赤霉病災(zāi)變機(jī)理，為小麥赤霉病防控技術(shù)研發(fā)及科學(xué)評(píng)價(jià)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，而且對(duì)于研究細(xì)胞分裂、呼吸代謝與生長發(fā)育的調(diào)控機(jī)制也具有重要科學(xué)意義。
上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金-重點(diǎn)項(xiàng)目和面上項(xiàng)目的資助。
圖2多菌靈及多菌靈抗性調(diào)控赤霉病菌DON毒素生物合成的分子機(jī)制
相關(guān)論文鏈接：
Duan Yabing et al.,2020, Journal of HazardousMaterials,https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122908.
Zhou Zehua et al.,2020, Environmental Microbiology,DOI:10.1111/1462-2920.14874.
Xu Chaoet al., 2019. Toxins,doi:10.3390/toxins11050272
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