去氢木香内酯对亚洲镰孢菌生长和产毒的影响机制研究

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亚洲镰孢菌(Fusarium asiaticum)是小麦赤霉病的主要致病菌之一,能侵染小麦等多种禾谷类作物。该病原菌不仅使小麦产量和质量下降,而且会在小麦籽粒中积累大量的单端孢霉烯族毒素,如雪腐镰孢菌烯醇(Nivalenol,NIV),其能污染多种食品和饲料,危害人畜安全。去氢木香内酯(Dehydrocostus lactone,DHCL)是木香根茎中的倍半萜类化合物,本实验室前期研究发现去氢木香内酯对多种植物病原菌具有抑菌活性,其中对小麦赤霉病菌抑菌效果显著。为了研究去氢木香内酯抑制亚洲镰孢菌的生长和产毒机理,本研究在测定去氢木香内酯对亚洲镰孢菌抑菌活性的基础上,观察去氢木香内酯处理后菌丝的超微结构,分析去氢木香内酯处理对NIV的积累量及对菌丝细胞膜、细胞壁和呼吸代谢相关指标的影响,并通过转录组学方法在分子层面阐明去氢木香内酯抑制亚洲镰孢菌生长和NIV产生的作用机理。主要结果如下:1.采用菌丝生长速率法和孢子萌发法测定去氢木香内酯对产NIV的亚洲镰孢菌(Fa NIV)、产NIV的禾谷镰孢菌(Fg NIV)、产15-Ac DON的禾谷镰孢菌(Fg15-Ac DON)3株小麦赤霉病菌菌株的离体活性,结果表明去氢木香内酯抑制菌丝生长的EC50分别为54.08μg/m L、78.62μg/m L、70.79μg/m L,抑制孢子萌发的EC50分别为21.60μg/m L、26.40μg/m L、33.02μg/m L。3株菌株中,Fa NIV菌株对去氢木香内酯最敏感,因此选择该菌株进行机理研究。2.采用扫描电镜和透射电镜观察去氢木香内酯对亚洲镰孢菌超微结构的影响,发现去氢木香内酯处理使亚洲镰孢菌细胞膜破损、细胞壁模糊、线粒体结构不规则。采用高效液相色谱(HPLC)法测定去氢木香内酯对NIV积累的影响,结果表明去氢木香内酯对NIV的积累具有抑制作用,浓度为16.98μg/m L和54.08μg/m L时,NIV积累量分别降低了65.38%和86.50%。3.测定去氢木香内酯对亚洲镰孢菌生理生化的影响,结果表明,去氢木香内酯处理后,亚洲镰孢菌胞外电导率显著提高,抗氧化酶SOD、POD、CAT活性均被抑制,MDA含量显著增加,呼吸速率受到抑制,N-乙酰葡萄糖胺含量显著提高。该结果表明去氢木香内酯处理导致亚洲镰孢菌细胞膜通透性增加,膜脂质过氧化;呼吸代谢受到抑制;细胞壁完整性被破坏。4.利用转录组分析去氢木香内酯对亚洲镰孢菌的抑菌机制,共得到2625个显著差异表达基因,其中1346个显著上调,1279个显著下调。去氢木香内酯处理使生长发育相关基因atf1、atf B、atf21,麦角甾醇合成基因ERG6、ERG25,抗氧化酶相关基因CAT1、kat G、cat1、cat3等都发生了不同程度的下调,细胞壁水解酶基因exg D、CHIT1发生了上调;NIV合成相关基因HXK、ACAT、HMGS、Tri11、Tri101发生了下调。利用q RT-PCR技术验证HXK、Tri11、Tri101等与NIV合成和菌丝生长发育相关的13个差异表达基因的表达量,其表达结果与转录组测序结果趋势一致。该结果说明,去氢木香内酯作用后引起菌丝生长发育相关基因及NIV合成相关基因的表达水平发生变化,从而影响菌丝正常的生理代谢及次级代谢产物的合成途径。
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