丝束蛋白FaFim和肌球乘客蛋白FaSmy1在氰烯菌酯抑制亚洲镰刀菌菌丝生长和DON毒素产生上的角色定位研究

Fusarium head blight (FHB) caused by Fusarium asiaticum is one of the most devastating diseases in wheat. Fungicide phenamacril not only suppressed the mycelial growth of F. asiaticum, but also significantly inhibited DON production. Previous studies indicated that actin-bundling protein FaFim and myosin passenger-protein FaSmy1 were involved in hyphal growth, pathogenicity, DON production and phenamacril-resistance in F. asiaticum. To elucidate this scientific phenomenon, we will study the biological function of FaFim and FaSmy1 using gene deletion and complementation techniques in F. asiaticum. Then we will use qRT-PCR and high performance liquid chromatography (HPLC) techniques to study the function of the two protein on how phenamacril could inhibit DON production. In addition, we will investigate how phenamacril affect the distribution of the two proteins and microfilament cytoskeleton using fluorescence labeling technique. Finally, we will explore the interaction mode between the two proteins and phenamacril target protein Myosin5, DON biosynthetic enzyme Tri1 and actin through yeast two hybrid and co-immunoprecipitation (Co-IP). The prospective results will help us take insight into the mechansim of how phenamacril inhibits the mycelial growth of F. asiaticum and DON production and provide the theory evidence for molecular desigh of novel fungicide based on target microfilament cytoskeleton, which are of great significance for the control of FHB and DON contamination.

亚洲镰刀菌引起的小麦赤霉病是小麦生产上的主要病害之一。杀菌剂氰烯菌酯能强烈抑制亚洲镰刀菌菌丝生长并降低DON毒素产量。前期研究发现，丝束蛋白FaFim和肌球乘客蛋白FaSmy1均介导亚洲镰刀菌菌丝生长、致病力、DON毒素的产生及对氰烯菌酯的抗药性。为阐明这一科学现象，本项目拟采用基因敲除和回补技术，研究FaFim和FaSmy1在亚洲镰刀菌中的生物学功能；利用荧光定量PCR技术及液相色谱技术，研究它们在氰烯菌酯抑制DON毒素产生上的作用；通过荧光标记技术研究氰烯菌酯对这两个蛋白分布及微丝骨架的影响；借助酵母双杂交技术和免疫共沉淀技术，解析这两个蛋白与氰烯菌酯靶标蛋白Myosin5、毒素合成酶Tri1和肌动蛋白的互作模式。预期结果将进一步揭示氰烯菌酯抑制亚洲镰刀菌菌丝生长和DON毒素产生的机理，为基于微丝骨架新杀菌剂的开发提供科学依据，对小麦赤霉病的持续防控和毒素污染治理具有指导意义。

小麦赤霉病是全世界小麦生产上的毁灭性病害之一，不仅造成小麦产量的严重损失，其产生的真菌毒素还严重威胁着人类和动物的健康。氰烯菌酯是我国创制的一种结构新颖、选择性强的氰基丙烯酸酯类化合物，该杀菌剂能够强烈抑制禾谷镰刀菌和亚洲镰刀菌的菌丝生长和芽管伸长，使分生孢子膨大、畸形，在田间防治效果中，降低了小麦赤霉病80%的致病系数和DON毒素产量。为了阐明丝束蛋白FaFim和肌球乘客蛋白FaSmy1在氰烯菌酯抑制亚洲镰刀菌菌丝生长及DON毒素产生上的作用，我们构建丝束蛋白FaFim和肌球乘客蛋白FaSmy1的缺失突变体，丝束蛋白FaFim和肌球乘客蛋白FaSmy1的缺失导致亚洲镰刀菌菌丝生长缓慢、芽管畸形、芽管伸长速度变慢、对小麦致病力降低、DON毒素产生关键基因Tri5和Tri6表达量显著下调、产生DON毒素能力降低和对氰烯菌酯的抗药性显著下降；构建亚洲镰刀菌对氰烯菌酯敏感和抗性的FaMyo5点突变菌株，通过测定1μg/ml和10μg/ml氰烯菌酯处理条件下的转录组数据，研究发现，敏感菌株及抗药性菌株在响应氰烯菌酯胁迫下小分子代谢过程、有机酸代谢过程、酮酸代谢过程和细胞铁离子稳态过程中的多个基因参与亚洲镰刀菌对氰烯菌酯的抗药性调控，这些蛋白包括罗斯曼折叠NAD(P)(+)结合蛋白，依赖锌的醇脱氢酶，起阳离子扩散促进剂得黄素蛋白，水解酶FUB4等；通过比较转录组分析，构建了氰烯菌酯靶标蛋白FaMyo5调控抗药性的蛋白及基因网络；通过筛选与氰烯菌酯抗药性相关的基因，找到了基于微丝骨架或蛋白合成途径一系列新杀菌剂开发的科学依据，对小麦赤霉病科学有效持续防控具有指导意义。