茉莉酸甲酯通过干扰cAMP-PKA信号通路抑制小麦赤霉病菌生长和DON毒素合成

本研究揭示了植物激素茉莉酸甲酯(MeJA)通过抑制cAMP-PKA信号通路关键组分（FgGPA1R178H、FgSNT1?CT179和转录因子MRT1T283D），显著抑制禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)生长和脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)毒素合成。该发现为开发新型生物农药控制小麦赤霉病(FHB)和粮食安全提供了重要理论依据。

　　

MeJA显著抑制禾谷镰刀菌营养生长和分生孢子形成

实验数据显示，甲基茉莉酸(MeJA)和茉莉酸(JA)在PDA平板上对禾谷镰刀菌野生型PH-1菌株的生长呈现剂量依赖性抑制。当MeJA浓度达到4,000 μM时几乎完全抑制菌落生长，而同等浓度JA仅抑制56.7%。液体YEPD培养基中，500 μM和1,000 μM MeJA分别使菌丝生物量减少16.0%和50.9%。分生孢子产生实验显示，1,000 μM MeJA使CMC培养基中的产孢量降低81.9%，4,000 μM时则完全抑制产孢。

MeJA通过抑制TRI基因表达和毒素体形成降低DON合成

在液体产毒培养基(LTB)中，100 μM和200 μM MeJA分别使DON产量降低42.8%和75.5%，1,000 μM时几乎完全阻断。qRT-PCR分析发现，1,000 μM MeJA使TRI1、TRI5和TRI12基因表达量下降超50%。通过TRI1-GFP标记菌株观察到，MeJA处理完全抑制了毒素体这种DON合成关键细胞器的形成。

MeJA耐受突变体的基因特征

从31个自发MeJA耐受突变体中筛选出10个进行全基因组测序，发现关键突变集中在三个基因：转录因子MRT1（含GAL4结构域和真菌特异转录结构域）、G蛋白α亚基FgGPA1（cAMP-PKA通路上游组分）和组蛋白去乙酰化酶复合体组分FgSNT1。其中FgGPA1^R178H突变与构巢曲霉FadA^R178C同源，已知可降低Gα亚基GTP酶活性。

分子机制解析：靶向cAMP-PKA信号通路

生化检测显示，1,000 μM MeJA处理使细胞内cAMP水平下降41.1%，PKA活性降低50%以上。外源添加4 mM cAMP可逆转MeJA对DON合成的抑制，并恢复毒素体形成。pde2缺失突变体（cAMP磷酸二酯酶缺陷型）在MeJA处理下仍保持正常DON产量，证实cAMP-PKA通路的核心作用。值得注意的是，MeJA对三种MAPK（Mgv1、Gpmk1和FgHog1）的磷酸化水平无显著影响。

关键突变体的功能验证

遗传互补实验表明：

1. MRT1^?CT171（C端171氨基酸缺失）和T283D（模拟磷酸化突变）显著提高菌丝对MeJA耐受性

2. FgGPA1^R178H和R178C突变使菌株在MeJA存在时cAMP水平升高，DON产量增加

3. FgSNT1^?CT179（C端179氨基酸缺失）仅增强生长耐受性，不影响DON合成

广谱抗真菌活性评估

在1,000 μM MeJA处理下，8种镰刀菌属真菌的生长抑制率为17.3%-59.4%，其中F. culmorum最敏感。这表明MeJA的抗真菌机制在镰刀菌中具有保守性。

研究意义与展望

该研究首次阐明MeJA通过抑制cAMP-PKA通路调控DON合成的分子机制，为开发基于植物激素的绿色农药提供了新靶点。未来可探索MeJA在粮食仓储中控制DON污染的应用潜力，或通过化学修饰提高其对FgGPA1等靶点的特异性结合能力。研究还提示，靶向毒素体形成的抑制剂可能是控制镰刀菌毒素污染的新策略。