Venturicidin A对Pyricularia oryzae的抑制活性及其抗真菌机制

《Pesticide Biochemistry and Physiology》：Inhibitory activity and antifungal mechanism of venturicidin a against Pyricularia oryzae

稻瘟病菌对次级代谢产物VentA的抗性研究显示，135株病原菌的EC50均值为0.185±0.103 μg/mL。VentA通过抑制分生孢子形成、改变菌丝形态和破坏细胞完整性发挥抗性，转录组分析发现3449个差异基因，涉及MAPK信号通路和能量代谢调控。生物化学证实VentA抑制ATP合成，可能通过阻断MAPK介导的宿主穿透和干扰能量代谢起效，为生物防治提供新靶点。

　　

王一楠|齐琳|刘飞|严晨彤|赵福强|余志国

教育部区域污染环境生态修复重点实验室，沈阳大学环境学院，中国沈阳110044

摘要

由Pyricularia oryzae引起的稻瘟病是一种对全球水稻生产构成严重威胁的疾病。微生物次级代谢产物作为疾病控制的替代方案具有很大潜力。从Streptomyces sp. SN5452中分离出的Venturicidin A（VentA）已被证明可以抑制真菌的生长，但其抗真菌活性及对P. oryzae的作用机制尚不明确。本研究从辽宁省的水稻种植区分离出135株P. oryzae菌株，以确定其对VentA的敏感性基线：EC₅₀值呈单峰分布，范围为0.072至0.611 μg/mL，平均值为0.185 ± 0.103 μg/mL。VentA显著抑制了分生孢子的产生和附着器的形成，改变了菌丝形态，并破坏了细胞完整性。在100 μg/mL浓度下，VentA对稻瘟病具有60.74%的预防效果和55.68%的治疗效果。转录组分析鉴定出3449个差异表达基因（DEGs），其中参与丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路和细胞能量代谢的基因显著下调，而与核糖体和氨酰-tRNA生物合成相关的基因则上调。生化实验确认VentA能够抑制ATP的合成。VentA可能通过抑制MAPK介导的宿主入侵和破坏细胞能量代谢来抑制P. oryzae，显示出其作为稻瘟病控制替代杀菌剂的潜力。本研究为VentA对P. oryzae的抑制机制提供了新的证据。

引言

水稻（Oryza sativa L.）是全球超过一半人口的主要食物作物，提供了全球21%的人均能量（Ding等人，2018年）。中国目前是全球最大的水稻生产和消费国（Lu等人，2010年）。由于中国在水稻生产和消费方面的重点地位，其在全球水稻种植中占据核心位置。过去几十年里，中国的水稻单位面积产量显著增加（Xu等人，2020年）。然而，随着经济发展和生活水平的提高，除了产量之外，水稻的质量也越来越重要（Liu等人，2021年）。

鉴于水稻种植的各个阶段都可能受到各种非生物因素（如干旱、盐碱、寒冷和霜冻）和生物因素（如病原体、昆虫和杂草）的影响（Kakar等人，2022年；Tan等人，2018年），预计水稻的产量和质量可能会显著下降（Wang等人，2013年）。在这些因素中，植物病害是限制全球水稻生产的主要生物威胁（Liu等人，2014年；Kettles和Luna，2019年）。由子囊菌Pyricularia oryzae引起的稻瘟病是全球最普遍且最具破坏性的水稻疾病（Koné等人，2022年）。这种真菌不仅会抑制水稻生长，还会导致产量减少10%至30%（Devanna等人，2022年）。在最佳环境条件下，这种病原体可以感染整个水稻植株，导致作物产量损失高达100%（Dean等人，2012年）。因此，有效管理稻瘟病对于确保全球粮食生产和粮食安全至关重要（Li等人，2019年）。

在当前的农业实践中，合成化学农药仍是控制稻瘟病的主要方法（Srivastava等人，2017年）。然而，它们的持续使用导致了严重的环境危害，引发了多种人类健康问题，并扰乱了生态平衡（Hassaan和Nemr，2020年）。相比之下，含有生物活性天然物质的生物农药相比传统化学农药，残留风险更低，对环境和人类健康更友好（He等人，2022年）。这一趋势符合消费者对有机或生态友好型农产品的偏好。因此，天然产物领域为开发抗真菌剂提供了广阔的机会。

我们一直致力于研究生物农药。此前，从Kronopolites svenhedind Verhoeff中分离出了Streptomyces sp. SN5452（Genbank登录号ON358333），其次级代谢产物venturicidin A（VentA）对P. oryzae表现出强烈的抑制作用，影响了菌丝生长和分生孢子的萌发（Wang等人，2022a；Wang等人，2022b）。然而，VentA的确切抗真菌机制仍不清楚。本研究通过转录组分析深入探讨了VentA在P. oryzae中的作用机制。形态学和生化分析补充了这一研究，揭示了VentA的潜在作用靶点。此外，该研究还评估了VentA在控制稻瘟病方面的预防和治疗效果。

部分内容

分离株、培养基和化学品

2022年夏季，从辽宁省主要水稻种植区的稻株颈部和叶片上共收集了135株P. oryzae分离株（图S1）。这些分离株通过单孢子分离法获得（Jia，2009年），并通过部分翻译延伸因子1-α（TEF1-α）基因的形态特征和系统发育分析进行鉴定。分离株保存在PDA斜面上（每升含有200克培养基）

基于菌丝生长的venturicidin A敏感性基线

在0.078125、0.15625、0.3125、0.625和1.25 μg/mL的浓度下评估了VentA对P. oryzae菌丝生长的抑制效果。结果显示，VentA显著抑制了P. oryzae的菌丝径向生长（图2A）。135株分离株对VentA的EC₅₀值范围为0.072至0.611 μg/mL，平均值为0.185 ± 0.103 μg/mL（图2B）。所有分离株的EC₅₀值频率分布呈单峰曲线（图2C），表明数据

讨论

由丝状真菌P. oryzae引起的稻瘟病被认为是限制全球水稻生产的最关键因素之一（Qu等人，2021年）。由于抗性菌株的出现，有效杀菌剂的流失使得控制稻瘟病变得越来越困难。近年来，已经鉴定并评估了许多抗真菌化合物对稻瘟病的效果。例如，melabiostin作为一种黑色素生物合成抑制剂，有效抑制了

CRediT作者贡献声明

王一楠：撰写初稿、可视化处理、方法学设计、实验设计。齐琳：数据分析、数据管理。刘飞：数据分析、数据管理。严晨彤：数据分析。赵福强：撰写、审稿与编辑、实验监督、资源获取、资金筹措。余志国：撰写、审稿与编辑、实验监督、软件使用、资金筹措。

未引用参考文献

Fotso等人，2018

Li等人，2015

利益冲突声明

无。

致谢

本研究得到了沈阳科技计划社会治理技术专项项目（编号23-407-3-37）的支持。