近日，安順學院農學院教師胡賢鋒博士在國際學術期刊Pesticide Biochemistry and Physiology上發表了題為“Molecular Mechanism of Osthole Against Chitin Synthesis of Ustilaginoideavirens Based on Combined Transcriptome and Metabolom eAnalyses”研究成果，揭示了蛇床子素抑製稻曲病菌幾丁質合成的分子機製，為稻曲病的綠色防控提供新思路。

　　文章題目：

　　Molecular Mechanism of Osthole Against Chitin Synthesis of Ustilaginoideavirens Based on Combined Transcriptome and Metabolom eAnalyses

　　第一作者：胡賢鋒

　　通訊作者：李明教授，李榮玉教授

　　第一作者單位：安順學院

　　通訊作者單位：貴州大學

　　期刊：PesticideBiochemistryandPhysiology

　　影響因子：4.7

　　文章鏈接：

　　https://doi.org/10.1016/j.pestbp.2023.105612

　　項目來源：國家自然科學基金（No.32360692）

　　研究背景：

　　稻曲病是由稻曲病菌侵染水稻花器引起的真菌性病害。近年來，由於高產雜交品種大麵積推廣和稻田肥水水平提高，稻曲病在我國安徽、湖北、貴州、江蘇、浙江和江西等稻區普遍發生，年均發生麵積約4500萬畝，減產1.5億公斤以上，稻曲病已由曆史上的次要病害演變為當前水稻生產上的“新三大病害”之一。當前，登記防控稻曲病的農藥產品數共213個，其中三唑類殺菌劑占比較高，蛇床子素為唯一一個登記防控稻曲病的植物源殺菌劑。研發綠色、高效、環境相容性好的植物源殺菌劑已成為緩解水稻生產過程中過度依賴化學農藥的重要突破口。

　　本文借助多組學聯合技術對蛇床子素處理後稻曲病菌菌絲進行檢測分析發現：藥劑處理後，稻曲病菌菌絲形態嚴重皺縮、扭曲、細胞壁粗糙、薄厚不均、原生質聚集、幾丁質合成受阻，嚴重影響其生長。轉錄組和代謝組聯合解析表明，蛇床子素處理後稻曲病菌的差異基因和差異代謝物在氨基糖和核苷酸糖代謝通路顯著富集，幾丁質合成前體物質UDP-N-乙酰葡糖氨下調和乙酰葡糖胺磷酸變位酶基因（UvAGM1）下調表達高度相關。分子模擬對接發現，蛇床子素與稻曲病菌AGM1氨基酸殘基THR334以氫鍵方式結合。初步揭示了天然活性物質蛇床子素對稻曲病菌的抑菌機製，有望為稻曲病綠色防控藥劑開發挖掘生物合理設計新靶標。

　　研究結果：

　　1.摘要圖

　　2.蛇床子素對稻曲病菌幾丁質合成的影響

　　鈣熒光白染色發現，對照組稻曲病菌菌絲生長點和菌絲隔膜處產生強烈熒光。19μg/mL蛇床子素處理的稻曲病菌，在菌絲隔膜和菌絲頂端可見熒光點，且菌絲隔膜增多。128μg/mL蛇床子素處理後，菌絲大量斷裂，僅在菌絲隔膜處發現微弱熒光，推測稻曲病菌幾丁質合成受到影響（圖1）。

圖1.蛇床子素對稻曲病菌幾丁質合成的影響（Aa）對照組，（Bb）19μg/mL，（Cc）128μg/mL

　　3.蛇床子素對稻曲病菌菌絲形態和細胞超微結構的影響

　　掃描和透射電鏡觀察顯示，對照組稻曲病菌菌絲形態結構自然飽滿，細胞膜，核膜和細胞組織清晰可見，細胞器完整，細胞壁厚度均勻；蛇床子素處理後菌絲形態出現嚴重皺縮，細胞壁粗糙，薄厚不均、原生質聚集、細胞膜萎縮、細胞器結構斷裂(圖2，3)。

圖2.蛇床子素處理後稻曲病菌的菌絲形態（abc）對照組，（def）19μg/mL，（ghi）128μg/mL

圖3.蛇床子素處理後稻曲病菌的細胞超微結構（Aa）對照組，（Bb）19μg/mL，（Cc）128μg/mL

　　4.蛇床子素脅迫稻曲病菌的差異表達基因

　　轉錄組分析發現，19μg/mL蛇床子素處理24h後，共有差異基因931個，其中上調622個，下調309個；蛇床子素處理36h後，共有差異基因1373個基因，其中上調798個，下調575個。蛇床子素處理24h和36h後，稻曲病菌中共有差異表達基因112個，其中上調表達基因34個，下調基因78個。T_CKVST_24h，T_CKVST_36h和T_24hVST_36h共有相同差異基因45個（圖4）。

圖4.蛇床子素處理後稻曲病菌的差異基因火山圖和韋恩圖

　　5.蛇床子素脅迫稻曲病菌的差異代謝物

　　代謝組結果顯示（圖5），與對照組相比，濃度為19μg/mL的蛇床子素處理24h後，共有差異代謝物66個，其中上調代謝物20個，下調代謝物46個；蛇床子素處理36h後，共有差異代謝物73個代謝物，其中上調代謝物28個，下調代謝物45個。蛇床子素分別處理24h和36h後，稻曲病菌的差異代謝物共5個，其中上調代謝物0個，下調代謝物4個。T_CKVST_24h，T_CKVST_36h和T_24hVST_36h共有相同差異代謝物5個。

圖5.蛇床子素處理後稻曲病菌的差異代謝物火山圖和韋恩圖

　　6.多組學聯合解析蛇床子素抑製稻曲病菌的關鍵靶標

　　轉錄組和代謝組聯合解析發現（圖6，7），稻曲病菌中差異表達基因與差異代謝物在氨基糖和核苷酸糖代謝通路顯著富集，尤其AGM1基因（UV8b_02370）顯著下調，且UDP-N-乙酰基葡糖胺含量下降。基因UV8b_02370處於關鍵位置與包括MW0103710（UDP-N-乙酰氨基葡萄糖）的多個代謝物具有正向關聯。

圖6.蛇床子素處理後稻曲病菌的差異基因和代謝物KEGG富集和相關性網絡圖

圖7.轉錄組和代謝組聯合解析蛇床子素對稻曲病菌的作用機製

　　7.蛇床子素作用於稻曲病菌靶標蛋白AGM1的結合位點預測

　　蛇床子素在稻曲病菌AGM1蛋白活性口袋內無空間位阻，在AGM1中具有良好結合模式，受體和配體間主要作用有氫鍵作用和疏水作用，蛇床子素與稻曲病菌AGM1殘基THR334通過氫鍵結合（圖8）。

圖8.蛇床子素作用於稻曲病菌靶標蛋白AGM1的結合位點

　　第一作者簡介：

　　胡賢鋒，博士，主持國家自然科學基金1項，貴州省科技廳項目1項、貴州省教育廳項目1項，安順學院博士基金1項，橫向項目2項。在IndustrialCropsandProducts、PlantDisease、PesticideBiochemistryandPhysiology等國內外刊物上發表研究論文10餘篇；《植物醫學》期刊青年編委、中國化學會會員、安順市科技特派員。