近日，安顺学院农学院教师胡贤锋博士在国际学术期刊Pesticide Biochemistry and Physiology上发表了题为“Molecular Mechanism of Osthole Against Chitin Synthesis of Ustilaginoideavirens Based on Combined Transcriptome and Metabolom eAnalyses”研究成果，揭示了蛇床子素抑制稻曲病菌几丁质合成的分子机制，为稻曲病的绿色防控提供新思路。

　　文章题目：

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

　　第一作者：胡贤锋

　　通讯作者：李明教授，李荣玉教授

　　第一作者单位：安顺学院

　　通讯作者单位：贵州大学

　　期刊：PesticideBiochemistryandPhysiology

　　影响因子：4.7

　　文章链接：

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

　　项目来源：国家自然科学基金（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。近年来，由于高产杂交品种大面积推广和稻田肥水水平提高，稻曲病在我国安徽、湖北、贵州、江苏、浙江和江西等稻区普遍发生，年均发生面积约4500万亩，减产1.5亿公斤以上，稻曲病已由历史上的次要病害演变为当前水稻生产上的“新三大病害”之一。当前，登记防控稻曲病的农药产品数共213个，其中三唑类杀菌剂占比较高，蛇床子素为唯一一个登记防控稻曲病的植物源杀菌剂。研发绿色、高效、环境相容性好的植物源杀菌剂已成为缓解水稻生产过程中过度依赖化学农药的重要突破口。

　　本文借助多组学联合技术对蛇床子素处理后稻曲病菌菌丝进行检测分析发现：药剂处理后，稻曲病菌菌丝形态严重皱缩、扭曲、细胞壁粗糙、薄厚不均、原生质聚集、几丁质合成受阻，严重影响其生长。转录组和代谢组联合解析表明，蛇床子素处理后稻曲病菌的差异基因和差异代谢物在氨基糖和核苷酸糖代谢通路显著富集，几丁质合成前体物质UDP-N-乙酰葡糖氨下调和乙酰葡糖胺磷酸变位酶基因（UvAGM1）下调表达高度相关。分子模拟对接发现，蛇床子素与稻曲病菌AGM1氨基酸残基THR334以氢键方式结合。初步揭示了天然活性物质蛇床子素对稻曲病菌的抑菌机制，有望为稻曲病绿色防控药剂开发挖掘生物合理设计新靶标。

　　研究结果：

　　1.摘要图

　　2.蛇床子素对稻曲病菌几丁质合成的影响

　　钙荧光白染色发现，对照组稻曲病菌菌丝生长点和菌丝隔膜处产生强烈荧光。19μg/mL蛇床子素处理的稻曲病菌，在菌丝隔膜和菌丝顶端可见荧光点，且菌丝隔膜增多。128μg/mL蛇床子素处理后，菌丝大量断裂，仅在菌丝隔膜处发现微弱荧光，推测稻曲病菌几丁质合成受到影响（图1）。

图1.蛇床子素对稻曲病菌几丁质合成的影响（Aa）对照组，（Bb）19μg/mL，（Cc）128μg/mL

　　3.蛇床子素对稻曲病菌菌丝形态和细胞超微结构的影响

　　扫描和透射电镜观察显示，对照组稻曲病菌菌丝形态结构自然饱满，细胞膜，核膜和细胞组织清晰可见，细胞器完整，细胞壁厚度均匀；蛇床子素处理后菌丝形态出现严重皱缩，细胞壁粗糙，薄厚不均、原生质聚集、细胞膜萎缩、细胞器结构断裂(图2，3)。

图2.蛇床子素处理后稻曲病菌的菌丝形态（abc）对照组，（def）19μg/mL，（ghi）128μg/mL

图3.蛇床子素处理后稻曲病菌的细胞超微结构（Aa）对照组，（Bb）19μg/mL，（Cc）128μg/mL

　　4.蛇床子素胁迫稻曲病菌的差异表达基因

　　转录组分析发现，19μg/mL蛇床子素处理24h后，共有差异基因931个，其中上调622个，下调309个；蛇床子素处理36h后，共有差异基因1373个基因，其中上调798个，下调575个。蛇床子素处理24h和36h后，稻曲病菌中共有差异表达基因112个，其中上调表达基因34个，下调基因78个。T_CKVST_24h，T_CKVST_36h和T_24hVST_36h共有相同差异基因45个（图4）。

图4.蛇床子素处理后稻曲病菌的差异基因火山图和韦恩图

　　5.蛇床子素胁迫稻曲病菌的差异代谢物

　　代谢组结果显示（图5），与对照组相比，浓度为19μg/mL的蛇床子素处理24h后，共有差异代谢物66个，其中上调代谢物20个，下调代谢物46个；蛇床子素处理36h后，共有差异代谢物73个代谢物，其中上调代谢物28个，下调代谢物45个。蛇床子素分别处理24h和36h后，稻曲病菌的差异代谢物共5个，其中上调代谢物0个，下调代谢物4个。T_CKVST_24h，T_CKVST_36h和T_24hVST_36h共有相同差异代谢物5个。

图5.蛇床子素处理后稻曲病菌的差异代谢物火山图和韦恩图

　　6.多组学联合解析蛇床子素抑制稻曲病菌的关键靶标

　　转录组和代谢组联合解析发现（图6，7），稻曲病菌中差异表达基因与差异代谢物在氨基糖和核苷酸糖代谢通路显著富集，尤其AGM1基因（UV8b_02370）显著下调，且UDP-N-乙酰基葡糖胺含量下降。基因UV8b_02370处于关键位置与包括MW0103710（UDP-N-乙酰氨基葡萄糖）的多个代谢物具有正向关联。

图6.蛇床子素处理后稻曲病菌的差异基因和代谢物KEGG富集和相关性网络图

图7.转录组和代谢组联合解析蛇床子素对稻曲病菌的作用机制

　　7.蛇床子素作用于稻曲病菌靶标蛋白AGM1的结合位点预测

　　蛇床子素在稻曲病菌AGM1蛋白活性口袋内无空间位阻，在AGM1中具有良好结合模式，受体和配体间主要作用有氢键作用和疏水作用，蛇床子素与稻曲病菌AGM1残基THR334通过氢键结合（图8）。

图8.蛇床子素作用于稻曲病菌靶标蛋白AGM1的结合位点

　　第一作者简介：

　　胡贤锋，博士，主持国家自然科学基金1项，贵州省科技厅项目1项、贵州省教育厅项目1项，安顺学院博士基金1项，横向项目2项。在IndustrialCropsandProducts、PlantDisease、PesticideBiochemistryandPhysiology等国内外刊物上发表研究论文10余篇；《植物医学》期刊青年编委、中国化学会会员、安顺市科技特派员。