绵马贯众素ABBA抑制尖孢镰孢菌生长机理的研究

【作者】 王文重； 毛彦芝； 魏琪； 董学志； 郭梅； 胡林双； 闵凡祥； 常缨；

【机构】 黑龙江省农业科学院经济作物研究所； 东北农业大学生命学院；

【摘要】 尖孢镰孢菌(Fusarium oxysporum)是一种世界范围广泛分布的病原真菌,具有寄主专化性,有较强的腐生或寄生能力,可导致寄主植物枯萎或收获后腐烂,从而导致农作物和园艺作物大面积减产。而且尖孢镰孢菌会在寄主体内积累大量的毒素,造成潜在的安全隐患。绵马贯众素ABBA (Dryocrassin ABBA)是由药用植物粗茎鳞毛蕨(Dryopteris crassirhizoma)提取的一种间苯三酚类化合物,该物质具有抗疟、抗菌、抗病毒以及抗肿瘤等多种药理活性,但对植物病原菌尖孢镰孢菌抑菌的生长和抑制机理尚未见报道。本研究发现绵马贯众素ABBA可抑制菌丝生长和改变菌丝正常结构。检测菌体丙二醛含量以及抗氧化酶活性的变化,并通过转录组学和实时定量PCR的方法全方位揭示绵马贯众素ABBA抑菌的作用机理。所获得的主要研究结果如下。(1)绵马贯众素ABBA处理后尖孢镰孢菌的菌落的生长受到抑制,菌落直径比对照有所缩小。通过扫描电镜观察菌丝的超微结构,结果显示绵马贯众素ABBA处理之后,菌丝形态产生明显变化,大量菌丝扭曲缠绕在一起,粗细不一致,菌丝变得较稀疏,出现断裂、干瘪和塌陷,限制了菌丝的生长。(2)绵马贯众素ABBA处理对尖孢镰孢菌孢子细胞膜有一定的影响,结果显示,与对照相比,0.5 mg/mL、1.0 mg/mL和2.0 mg/mL绵马贯众素ABBA处理后菌丝MDA含量有一定的变化。其中0.5 mg/mL处理后含量降低,1.0 mg/mL和2.0 mg/mL处理后MDA含量分别提高了1.64倍和1.96倍。结果说明,1.0 mg/mL和2.0 mg/mL绵马贯众素ABBA处理均引起菌丝发生膜脂过氧化反应,提高了菌丝MDA含量,导致细胞膜受损,并且具有剂量依赖性。(3)绵马贯众素ABBA处理对尖孢镰孢菌胞内活性氧含量有影响,经0.5 mg/mL、1.0 mg/mL和2.0 mg/mL绵马贯众素ABBA处理后菌丝CAT活性相比对照组分别下降了5.54%、59.9%和70.0%。(4)绵马贯众素ABBA处理后发现差异表达基因1 244个,其中上调基因数目为594个,下调基因数目为650个。KEGG富集分析Top20显示:有17条KEGG显著富集通路与代谢相关,且主要与碳水化合物代谢相关。(5)绵马贯众素ABBA处理使尖孢镰孢菌氨基酸代谢、碳水化合物代谢、能量代谢和脂质代谢相关差异表达基因下调表达,通过影响脂质代谢、氨基酸代谢和碳水化合物代谢来抑制孢子萌发。同时还发现,绵马贯众素ABBA处理后细胞壁降解酶受到负面影响,包括纤维素降解酶、果胶甲基酯酶、内聚半乳糖醛酸酶和角质酶发生下调表达。由此可推断其通过影响细胞壁降解酶相关基因表达,减弱尖孢镰孢菌的致病性。(6) RT-qPCR验证的5个基因在对照组和处理组的变化趋势与测序结果完全一致,表达量改变倍数与测序所得差异表达倍数基本吻合,说明测序数据较为准确可靠。综上所述,绵马贯众素ABBA能够显著抑制尖孢镰孢菌的生长,减低能量代谢导致胞内活性氧的大量积累,引发膜脂过氧化反应,抑制抗氧化酶活性合成,导致氧化胁迫和细胞膜受损,引起菌体死亡。绵马贯众素ABBA对尖孢镰孢菌的抑菌机理与脂质代谢、氨基酸代谢和碳水化合物代谢,以及细胞壁降解酶和活性氧代谢密切相关。更多还原