链霉菌挥发性物质二甲基三硫醚对芒果胶胞炭疽菌的抑制作用及机理研究

Streptomyces is a kind of biocontrol microorganism with great practical value, producing series of antibiotics and cell wall degradation enzymes to control plant diseases. In previous studies, we found that producing antifungal volatile substances is a potential mechanism of streptomyces for plant disease control. However, further study is needed on the mechanism of action and target of volatiles. Dimethyl trisulfide is one of the major volatile compounds from Streptomyces globisporus JK-1, and shows antifungal activity against Colletotrichum gloeosporioides. This project will study the effects of dimethyl trisulfide on suppression of C. gloeosporioides of mango. The mechanism of dimethyl trisulfide against C. gloeosporioides will be also studied by tests on cellular morphology observation, ultrastructure observation of the conidia and mycelia, physiological and biochemical metabolism. Furthermore, gene expression profiling of C. gloeosporioides responding to dimethyl trisulfide will be studied using RNA-seq to ananlysis the targets and mechanism, to provide basics for studying the molecular mechanisms of dimethyl trisulfide against C.gloeosporioides. After finishing the project, it will reveal the mechanism of action of volatiles from Streptomyces against C. gloeosporioides and the interactions between Streptomyces and C. gloeosporioides, and provide a basic to study novel approach and resource to control plant diseases. The candidate gene obtained from the results would provide targets and reference to the efficient and specific fungicide, which will provide a more efficient control for plant diseases.

链霉菌是一类具有巨大实用价值的生防微生物，可通过产生抗生素和细胞壁降解酶类等来防治植物病害。前期研究中，申请者发现球孢链霉菌产生具有抑菌活性的挥发性物质，可能也是其防治植物病害的重要机制之一。球孢链霉菌挥发性物质对芒果胶胞炭疽病有较好的防治效果，但其作用靶标和作用机理尚不清楚。二甲基三硫醚为该菌挥发性物质的主要成分之一，且具有很强抑菌活性。因此，本项目通过研究二甲基三硫醚对胶胞炭疽菌的抑制作用，从细胞形态、超微结构、生理生化代谢等方面研究其对胶胞炭疽菌的作用机理；进一步结合转录组测序从宏观角度分析其对胶胞炭疽菌的作用靶标和作用机理，为后续研究其分子机理奠定基础。项目的完成将揭示链霉菌挥发性物质的防病机理，拓宽对链霉菌与炭疽菌互作方式的认识，为研究新的生防途径和开发新的生防资源奠定理论基础；研究结果（候选基因）还可为新型高效专一性杀菌剂提供靶标位点及理论依据，从而更高效、绿色防控植物病害。

炭疽菌属真菌是一类全球性分布的植物病原菌，由胶孢炭疽引起的芒果炭疽病是芒果上最严重的病害之一，造成严重的经济损失。二甲基三硫醚是生防菌链霉菌JK-1和其他微生物、植物产生的主要活性物质之一，研究发现其对芒果胶孢炭疽菌具有非常好的抑菌活性，但是其作用机理尚不明确。本项目测定了不同浓度二甲基三硫醚对芒果炭疽菌孢子萌发、附着胞形成的抑制作用，观察了二甲基三硫醚对炭疽菌侵染过程的影响。通过光学显微镜和透射电镜观察二甲基三硫醚对胶孢炭疽菌菌丝、分生孢子形态和超微结构的影响，结果表明二甲基三硫醚处理的菌丝和分生孢子出现畸形坏死，细胞壁膜受损轮廓模糊，内部细胞器结构被严重破坏，原生质发生外漏。二甲基三硫醚处理可显著降低病原菌孢子存活率，熏蒸时间越长，存活率越低。生理生化测定结果表明，二甲基三硫醚严重影响了病原菌菌丝能量代谢（呼吸作用）、细胞膜通透性、致病相关酶果胶裂解酶、漆酶的活性。进一步采用转录组测序从宏观角度分析二甲基三硫醚对胶胞炭疽菌的作用靶标和作用机理，发现二甲基三硫醚抑制胶孢炭疽中β- 1, 3 - d -葡聚糖、几丁质合成相关基因、膜蛋白和甾醇生物合成等相关基因的表达，初步明确了二甲基三硫醚的作用靶标。研究结果（候选基因）为新型高效专一性杀菌剂提供靶标位点及理论依据，为后续研究其分子机理奠定基础。本项目揭示了链霉菌挥发性物质的防病机理，拓宽对链霉菌与炭疽菌互作方式的认识，为研究新的生防途径和开发新的生防资源奠定理论基础。