辛菌胺对水稻白叶枯病菌铁转运系统的影响及其作用机制

Dioctyl diethylenetriamine ，the alkyl polyamine compound, is a broad-spectrum fungicide which shows the highest activity against Xanthomonas oryzae pv. oryzae. But the target genes and the mechanism of action still remains unclear. Our previous study suggested dioctyl diethylenetriamine can inhibit DNA synthesis of Xoo. Transcriptome analysis revealed the differentially expressed genes (DEGs) were enriched in iron transportation. Based on these results, we speculate that one important target of Xoo was involved in iron regulation of dioctyl diethylenetriamine treatment. Thus, this project aims to study the effect of dioctyl diethylenetriamine on iron homeostasis of Xoo, to discover the target gene(s) involved in iron transportation, and to reveal the mechanism of action between dioctyl diethylenetriamine and its target gene. The research achievements of this project will help us to understand the mechanism of action of alkylated ployamine fungicides，and promote the orientated synthesis and development of this kind of fungicide to lower the cost of new pesticide research and development.

烷基多胺类杀菌剂辛菌胺是一种广谱杀菌剂，对黄单胞属细菌抑菌活性最高，并且其作用靶标和机理尚不清楚。本课题组前期的研究表明辛菌胺抑制白叶枯病菌的DNA合成，进一步通过转录组分析发现药剂处理的病菌与对照相比，差异表达的基因显著富集在铁转运相关系统，基于此，我们推测辛菌胺作用于水稻白叶枯病菌的一个重要靶标与铁的转运调控密切相关，通过影响病菌的铁离子稳态从而发挥其活性。因此，本项目拟研究辛菌胺处理对白叶枯病菌对铁稳态的作用，以及铁稳态对病菌DNA合成的影响；并挖掘白叶枯病菌与铁转运相关基因的功能和关系，进而寻找辛菌胺作用于白叶枯病菌铁转运的靶标基因并揭示两者的互作机制。一方面对阐释烷基多胺类杀菌剂的作用机制，丰富药理学研究内容具有重要意义；另一方面对促进该类杀菌剂的定向合成和研发，降低新农药创制成本具有重要实践意义。

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，其对水稻白叶枯病菌作用机理未知。本研究首先对市售低纯度的辛菌胺原药进行纯化，获得了90%以上纯度的辛菌胺纯品。通过室内生测实验，证明该化合物对黄单胞属细菌有特异性毒力。通过转录组测序，表明该药剂可能通过影响细菌的铁离子代谢而发挥杀菌作用。基于此，本研究围绕药剂处理后细菌的生理生化和分子水平变化展开了全面研究，明确了该药剂通过破坏细菌细胞的的铁代谢从而发挥杀菌活性。在此基础上，筛选出三个参与辛菌胺杀菌途径的铁离子代谢相关基因。进一步的亲和互作实验表明，双组份调控系统的VgrS蛋白与辛菌胺纯品特异性结合，通过分子模拟预测VgrS与辛菌胺结合位点，表明可能是该药剂靶标或靶标相关基因。同时，也围绕该基因开展了相关结构生物学的工作。本项目研究成果丰富了杀菌剂药理学研究内容，首次提出了一种新型的杀菌剂作用模式，有望在未来指导新型作用机理的药剂开发。.通过4年的资助，本项目取得如下进展：.第一，首次对市售低纯度的辛菌胺原药进行分离纯化，获得纯度90%的纯品。.第二，通过转录组学结合一系列生理生化和分子生物学实验，明确了辛菌胺对水稻白叶枯病菌的一种新的作用机制：破坏病原菌的铁离子稳态发挥杀菌作用。.第三，筛选并鉴定出辛菌胺作用于水稻白叶枯病菌铁转运系统的靶标相关基因VgrS、VgrR和tdvA。.第四，通过与中国科学院微生物所、新加坡南洋理工大学生命科学学院合作，首次发现辛菌胺特异性结合的跨膜双组份蛋白VgrS，并围绕该蛋白与辛菌胺互作的结构生物学开展相关工作。.项目执行期间，共发表研究性SCI文章5篇，其中包括2篇植物病理学研究领域的一区核心刊物Plant disease和Molecular plant pathology。获得授权专利5项。此外，项目组成员陈雨入选 “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。.本研究顺利完成了项目规定的各项考核。