甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂对亚洲镰孢菌DON毒素生物合成的分子调控机制

Wheat scab disease caused by Fusarium asiaticum not only causes serious yield loss, but also DON secreted in diseased wheat berry results in serious threat for food safety. Therefore, regulation mechanism of DON biosynthesis in F. asiaticum has been becoming the research hotspot in the life sciences. In the previous study, we have demonstrated that azoxystrobin had high fungicidal activity against F. asiaticum, but could stimulate the biosynthesis of DON. This suggests that azoxystrobin’s action target respiratory system is involved in regulating the DON biosynthesis in F. asiaticum, but its molecular regulation mechanism is unclear. This study intends to study the genetic regulatory mechanism of several important QoIs on pharmacology of respiration system, to analyze the molecular regulation network of glycolysis, TCA and respiration system on DON biosynthesis, to reveal the molecular regulation mechanism of QoIs on DON biosynthesis of F. asiaticum. The results will not only help to guide the registration and safe use of fungicides, but also be of important guiding significance to research and develop the novel fungicides with energy metabolism as drug target and with ‘bacteriostatic’ and ‘DON reduction’ at dual core in our country.

由亚洲镰孢菌引起的小麦赤霉病不仅造成严重的产量损失，而且分泌在病粒中的DON毒素严重威胁食品安全。因此，DON毒素生物合成的调控机制已成为生命科学领域的研究热点。申请人已证实甲氧基丙烯酸酯类（QoIs）杀菌剂嘧菌酯对亚洲镰孢菌具有较好的抑菌活性，但能刺激DON毒素的生物合成，这表明嘧菌酯的作用靶标呼吸链系统参与调控了亚洲镰孢菌DON毒素的生物合成，但其分子调控机制尚不明确。本项目拟以亚洲镰孢菌为研究材料，研究几种重要的QoIs杀菌剂对呼吸链系统的药理学遗传调控机制，解析糖酵解、三羧酸循环、呼吸链途径对DON毒素生物合成的分子调控网络，揭示QoIs杀菌剂对DON毒素生物合成的分子调控机制。其成果不仅有助于指导我国农药登记及安全使用，而且对我国以能量代谢为药剂靶标及以“抑菌”与“降毒”为双重核心的新农药创制及研发具有重要的指导意义。

由亚洲镰孢菌引起的小麦赤霉病不仅造成严重的产量损失，而且分泌在病粒中的DON毒素严重威胁食品安全。因此，DON毒素生物合成的调控机制已成为生命科学领域的研究热点。申请人已证实甲氧基丙烯酸酯类（QoI）杀菌剂嘧菌酯对亚洲镰孢菌具有较好的抑菌活性，且能促进DON毒素的生物合成，但QoI杀菌剂调控赤霉病菌DON毒素生物合成的分子机制尚不明确。本项目以亚洲镰孢菌为研究材料，开展了几种重要的QoIs杀菌剂对赤霉病菌DON毒素生物合成的调控研究。阐明了赤霉病菌呼吸链系统、糖酵解及三羧酸循环等代谢途径中的关键基因的生物学功能及其对DON毒素生物合成的调控作用；明确了QoI杀菌剂调控赤霉病菌细胞膜透性、呼吸速率、ATP含量、过氧化氢含量、丙酮酸含量等生理生化特性的作用，揭示了QoI杀菌剂对赤霉病菌的药理学调控机制；探明了QoIs杀菌剂作用于呼吸链细胞色素bc1复合物，抑制赤霉病菌呼吸作用，降低三磷酸腺苷（ATP）产生，促进DON毒素生物合成前体物质-乙酰CoA的生物合成的生化作用；揭示了QoI杀菌剂使线粒体发生碎片化，破坏线粒体动态平衡，使线粒体-内质网偶联亚细胞结构发生改变，促进产毒小体的结构形成，进而刺激DON毒素生物合成的分子机制。该研究成果对于QoI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。