辛菌胺与水稻条斑病菌铁离子转运调控蛋白VgrR互作介导药剂抑菌的机制研究

Xinjunan is one of the few bactericides with independent intellectual property rights in China. Previous studies showed that it might interfere with VgrR of VgrS-VgrR two component system which took part in Fe iron recognition and regulation and affected Fe iron metabolism so that it exhibited anti-bacterial activity. This project will take Xanthomonas oryzae pv. oryzicola as target bacterium for evaluation of the contribution of xinjunan to the antibacterial function by in-depth analysis of xinjunan-VgrR interaction, including: (1) identification of the key structural group of xinjunan-VgrR interaction, (2) elucidation of biochemical basis and genetic significance of xinjunan-VgrR interaction and (3) exploring the biological functions of xinjunan-VgrR interaction. In this way, the molecular mechanism of xinjunan inhibiting the growth of X. oryzae pv. oryzicola would be revealed in biochemical and genetic aspects. The results will improve our understanding the mode of action of this bactericide and provide a theoretical foundation and technical support for the scientific and rational use of this bactericide in the field application.

辛菌胺是我国为数不多的具有自主知识产权的杀细菌剂之一。前期的研究工作表明辛菌胺可能与黄单胞中参与Fe离子感知和调控的VgrS-VgrR双组份系统中的VgrR互作，影响铁离子代谢从而起到抑菌作用。本项目以水稻细菌性条斑病菌为对象，深入解析辛菌胺-VgrR互作对辛菌胺抑菌功能发挥的贡献，包括（1）鉴定辛菌胺与VgrR互作的关键结构基团；（2）阐明VgrR与辛菌胺互作的生化基础及遗传学意义；（3）探明辛菌胺与VgrR互作的生物学功能。从而在生化和遗传学层面揭示辛菌胺抑制水稻细菌性条斑病菌生长的分子机制，有助于了解该化学药剂的作用机制，也为在田间制定该药剂科学合理的使用技术奠定理论基础和技术支撑。

辛菌胺是我国开发的为数不多的具有自主知识产权的杀菌剂，目前对其的研究主要集中在室内毒力测定以及田间药效试验，其抑菌机理尚不清楚。本研究通过辛菌胺对不同种植物病原细菌抑菌活性的测定，发现其对水稻细菌性条斑病菌的抑制效果最为明显。通过生理生化试验进一步证实了辛菌胺可以有效的抑制水稻黄单胞菌的正常生长。基于此，本研究选择对辛菌胺高度敏感的水稻黄单胞菌作为模型菌，进一步研究该化学物质抑制细菌生长的作用方式。通过转录组测序以及生理生化试验证实了辛菌胺会影响细菌体内氧化磷酸化途径和TCA循环的正常运行并最终导致细菌由于缺乏正常生长的能量而死亡，初步揭示了辛菌胺抑制病原细菌生长的作用途径。同时，构建水稻黄单胞菌转座子库，进行辛菌胺处理后进行转座子测序，结合转录组测序结果，根据药剂处理后基因表达水平的变化以及转座子插入频率的变化，筛选出辛菌胺的候选靶标VgrS和VgrR，通过分子对接模拟发现辛菌胺与靶标基因之间存在结合位点，此外小分子与蛋白的互作试验也证实了辛菌胺与靶基因之间存在结合情况。本项目研究成果丰富了杀菌剂药理学研究内容，揭示了辛菌胺的作用模式，有助于植物病害的高效、安全、可持续防治，同时为新型杀菌剂开发提供理论依据。.通过4年的资助，本项目取得如下进展：.第一，通过转录组学结合一系列生理生化和分子生物学试验，揭示了辛菌胺通过影响细菌体内氧化磷酸化和TCA循环途径来抑制ATP的合成，使其因缺乏正常生长的能量而死亡的作用机制。.第二，结合转座子和转录组测序，筛选出辛菌胺作用于水稻黄单胞菌的候选靶标VgrS和VgrR。.第三，通过分子对接模拟了辛菌胺与靶标蛋白之间的结合位点，并通过小分子与蛋白的互作试验进一步证实VgrS和VgrR是辛菌胺的靶标。.项目执行期间，共发表研究性SCI文章8篇，其中包括2篇植物病理学研究领域的一区核心刊物Pesticide Biochemistry and Physiology和Journal of Agricultural and Food Chemistry。此外，项目主持人陈雨入选“国家百千万人才工程”，并获得“有突出贡献中青年专家”和“安徽省学术和技术带头人”称号。.本研究顺利完成项目规定的各项考核。