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为解决禾谷镰刀菌（Fusarium pseudograminearum）对戊唑醇（metconazole）的抗性机制与风险评估问题，研究人员开展了相关研究。结果显示禾谷镰刀菌对戊唑醇抗性风险低，M151T 突变和 FpCYP51 基因过表达会导致抗性。该研究为病害防治提供依据。
在广袤的麦田里，一种名为小麦冠腐病（Fusarium crown rot，FCR）的病害正悄然肆虐。它由禾谷镰刀菌（Fusarium pseudograminearum）引发，如同隐藏在暗处的 “杀手”，严重威胁着全球小麦的产量与质量。在澳大利亚，每年因它导致的谷物减产高达 10%；在中国，其造成的小麦产量损失通常也在 10% 左右，在适宜病害发生的年份，损失更是能飙升至 30% 以上。而且，这种病菌还会产生诸如玉米赤霉烯酮、脱氧雪腐镰刀菌烯醇等多种霉菌毒素，对人类和动物的健康构成潜在威胁。
目前，由于缺乏有效的抗病品种以及耕作方式的改变，化学防治成为应对小麦冠腐病的主要手段。然而，在中国，被批准用于控制该病害的杀菌剂种类有限，这使得农民在面对病害时选择匮乏。戊唑醇作为一种 14α - 去甲基化抑制剂（14α - Demethylation inhibitor，DMI）类杀菌剂，对禾谷镰刀菌有较强的抑制作用，但它面临着一个关键问题：禾谷镰刀菌对戊唑醇的抗性风险究竟如何？其抗性机制又是什么？为了解开这些谜团，西北农林科技大学的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Stress Biology》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，从中国河北、山东、河南和陕西等地收集的感染小麦中分离出 105 株禾谷镰刀菌菌株。接着，运用菌丝生长抑制法测定戊唑醇对禾谷镰刀菌的抑制效果，计算出半数有效浓度（EC50）值来评估其敏感性。通过在含戊唑醇的培养基上连续培养敏感菌株，诱导产生抗性突变体。利用 PCR 技术扩增 FpCYP51 基因并测序，探究基因变异情况。还借助实时荧光定量 PCR（qRT - PCR）检测 FpCYP51 基因的表达水平，以及运用分子对接技术分析戊唑醇与靶蛋白的结合情况。
禾谷镰刀菌对戊唑醇的基线敏感性：研究人员测定了 105 株禾谷镰刀菌对戊唑醇的 EC50值，发现其范围在 0.0217 - 0.1366 μg/mL 之间，平均值为 0.0559 μg/mL，且敏感性分布呈单峰模式。这表明在测试的菌株群体中，不存在对戊唑醇抗性的亚群体，同时也说明戊唑醇对这些菌株具有良好的抑制效果，为后续监测禾谷镰刀菌对戊唑醇敏感性的变化提供了重要的基线数据。
戊唑醇抗性突变体的稳定性：研究人员从三个敏感菌株中诱导出六个抗性突变体，对这些突变体在无杀菌剂的培养基上连续传代培养 10 次后发现，部分突变体（FP4 - 7–2、W6 - 3、W6 - 4）的抗性相对稳定，而另外三个突变体（FP4 - 7–1、H11 - 5–1、H11 - 5–1）的抗性则有所下降。这一结果表明，禾谷镰刀菌对戊唑醇的抗性稳定性存在差异，为评估抗性在田间的持久性提供了参考。
不同温度对真菌生长的影响：实验发现，25°C 是敏感菌株和抗性菌株生长的最适温度，37°C 时菌株生长完全受到抑制。在 4°C - 30°C 范围内，部分突变体（FP4 - 7–1、FP4 - 7–2、W6 - 3、W6 - 4）的生长速率低于其亲本菌株。这说明温度对抗性突变体的生长有显著影响，在不同温度条件下，抗性突变体与敏感菌株的竞争力可能发生变化。
亲本和戊唑醇抗性禾谷镰刀菌分离株的适合度研究：与亲本菌株相比，六个抗性突变体的分生孢子产量显著降低，但分生孢子萌发率相当。在致病性方面，只有两个突变体（H11 - 5–1 和 H11 - 5–2）比敏感菌株更强，其余四个突变体致病性明显降低。综合评估发现，抗性突变体的竞争适合度指数（CFI）值显著低于亲本菌株，这意味着抗性突变体在生存和传播方面存在一定的劣势，进一步支持了禾谷镰刀菌对戊唑醇抗性风险较低的结论。
戊唑醇对小麦胚芽鞘上突变体的防治效果：戊唑醇对亲本菌株的防治效果明显优于抗性突变体。在 5 μg/mL 的戊唑醇处理下，敏感菌株 FP4、W6 和 H11 的防治效果分别为 54.08%、83.38% 和 55.28%，而抗性突变体的防治效果则低得多，如 FP4 - 7–1 为 26.66%，FP4 - 7–2 仅为 11.49%。这直观地展示了抗性突变体对戊唑醇的敏感性下降，也凸显了研究抗性机制的重要性。
交叉抗性：研究发现戊唑醇与戊菌唑和己唑醇存在正交叉抗性，但与吡唑醚菌酯、咯菌腈、多菌灵和氟唑菌酰胺不存在交叉抗性。这一结果为合理选择杀菌剂进行交替或混合使用提供了依据，有助于延缓抗性的发展。
比较突变体与亲本菌株的 FpCYP51 序列：通过对六个抗性突变体和三个亲本菌株的 FpCYP51 基因测序分析，发现突变体 W6 - 4 的 FpCYP51B 基因存在 ATG→ACG 的点突变，导致 M151T 的氨基酸替换，而 FpCYP51A 和 FpCYP51C 基因未发生突变。这一突变可能是禾谷镰刀菌对戊唑醇产生抗性的关键因素之一。
FpCYP51B - M151T 替换对戊唑醇敏感性的影响：研究人员通过原生质体转化技术，成功获得携带 M151T 突变的转化体和野生型对照转化体。实验结果显示，携带 M151T 突变的转化体对戊唑醇的敏感性显著降低，其 EC50值明显高于野生型对照。这直接证明了 FpCYP51B 基因中的 M151T 点突变会降低禾谷镰刀菌对戊唑醇的敏感性。
分子对接：分子对接分析表明，FpCYP51B 中的 M151T 突变改变了戊唑醇与靶蛋白的作用方式，使两者的结合能从 - 9.02 kcal/mol 降至 - 7.32 kcal/mol，减少了一个氢键的形成。这进一步解释了 M151T 突变导致抗性的分子机制，即突变降低了禾谷镰刀菌对戊唑醇的亲和力。
FpCYP51 基因的表达水平及 FpCYP51A/B 过表达转化体对戊唑醇的敏感性：qRT - PCR 结果显示，在部分抗性突变体（FP4 - 7–1、W6 - 3、W6 - 4）中，FpCYP51A 和 FpCYP51B 基因的表达水平显著升高，在有戊唑醇存在时，抗性菌株中 FpCYP51 基因的表达量相比敏感菌株大幅增加（除 FP4 - 7–2 中的 FpCYP51C 基因）。过表达实验也证实，FpCYP51A 和 FpCYP51B 过表达的转化体对戊唑醇的敏感性明显下降。这表明 FpCYP51 基因的过表达也是禾谷镰刀菌对戊唑醇产生抗性的重要机制。
研究结论表明，禾谷镰刀菌对戊唑醇的抗性风险较低，抗性主要归因于 FpCYP51B 基因中的 M151T 突变以及 FpCYP51 基因的过表达。该研究为监测戊唑醇的抗性发展提供了关键依据，也为制定合理的小麦冠腐病防治策略奠定了基础。通过明确抗性机制，有助于指导农民科学使用戊唑醇及其他杀菌剂，避免抗性的进一步发展，保障小麦的安全生产。同时，研究中发现的戊唑醇与其他杀菌剂的交叉抗性关系，为杀菌剂的轮换使用和复配提供了科学指导，有望提高防治效果，减少病害损失，在农业生产中具有重要的实践意义。
