阳离子两亲性药物与甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂协同控制植物真菌病害的机制研究

这篇研究通过高通量筛选发现阳离子两亲性药物（CAD）CMLD009688能破坏禾谷镰刀菌（F. graminearum）液泡完整性，并与甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂（如吡唑醚菌酯pyraclostrobin）产生协同效应，显著增强对小麦赤霉病和番茄灰霉病的防治效果。研究揭示了CAD通过靶向线粒体和液泡膜发挥广谱抗真菌作用，为克服农业病原菌耐药性提供了新策略。

　　

阳离子两亲性药物与甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂的协同抗真菌机制

引言
真菌性植物病害对全球农业造成严重威胁，禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）等病原体不仅降低作物产量，还会产生致癌性霉菌毒素。当前主流杀菌剂如三唑类（azoles）、苯并咪唑类（benzimidazoles）和甲氧基丙烯酸酯类（strobilurins）因耐药性迅速出现而效力下降。本研究通过高通量筛选发现阳离子两亲性药物（Cationic Amphiphilic Drugs, CADs）CMLD009688具有独特抗真菌机制，并与现有杀菌剂产生协同效应。

筛选与鉴定
采用基于刃天青（resazurin）代谢活性检测的高通量筛选系统，从3,066种化合物中鉴定出CMLD009688对F. graminearum分生孢子萌发具有强抑制活性（MIC 12.5–50 μM），且表现杀菌而非抑菌特性。该化合物含疏水芳环和可质子化胺基团，符合CADs的典型结构特征。

作用机制解析
化学基因组学分析显示，CMLD009688处理导致酿酒酵母（S. cerevisiae）缺失株中液泡转运相关基因NEO1/PIK1显著敏感，提示其通过破坏液泡膜完整性发挥作用。实验证实：

1. pH依赖性活性：碱性条件（pH 8）增强其抗真菌效果，而酸性条件（pH 5.5）减弱活性，符合胺基质子化影响药物跨膜转运的特性。
2. 液泡染色实验：FM4-64和CMAC染色显示，CMLD009688（50 μM）处理3小时即引起液泡形态破碎和染料扩散，效果与已知CAD他莫昔芬（tamoxifen）相当。
3. 线粒体损伤：亚抑制浓度（1/5 MIC）即可通过MitoTracker Red检测到线粒体膜电位下降，效果强于线粒体复合体III抑制剂吡唑醚菌酯。

协同效应与农业应用
与吡唑醚菌酯联用时，CMLD009688表现出显著协同作用（FICI=0.28）：

• 液泡双重破坏：亚抑制浓度组合（25 μM + 0.1 μM）导致液泡结构完全崩解
• 杀菌活性增强：联合处理8小时内即通过碘化丙啶（PI）染色证实分生孢子死亡
• 田间模型验证：小麦穗接种实验中，15 μM CMLD009688 + 1 μM吡唑醚菌酯组合较单药处理显著降低发病率（p<0.0001），且对番茄叶片无药害

跨病原体普适性
该协同策略扩展至灰葡萄孢（Botrytis cinerea），即使对单药无效的嘧菌酯（azoxystrobin），联合CMLD009688仍能完全抑制病斑形成，表明CADs可"复活"失效杀菌剂。

创新价值与展望
本研究首次揭示CADs作为农业杀菌剂增效剂的潜力，其膜靶向作用机制不易诱发耐药性。未来需优化化合物环境稳定性，并探索其在其他经济作物病害中的应用。这一发现为应对真菌耐药危机提供了新思路，符合"同一健康"（One Health）理念下协调农业与临床抗真菌策略的需求。