南京农业大学揭示了禾谷镰孢菌对新型杀菌剂quinofumelin的抗药性变异分子机制,为小麦赤霉病绿色防控添新策
近日，南京农业大学植物保护学院杀菌剂生物学团队段亚冰教授与周明国教授课题组在中科院一区TOP期刊《Molecular Plant Pathology》上发表了题为“Molecular Mechanism Underlying Resistance Variation to the Novel Agrochemical Quinofumelin in Fusarium graminearum”的研究论文。该研究系统阐明了禾谷镰孢菌对新型喹啉类杀菌剂quinofumelin产生抗药性的分子基础，为该药剂的科学应用及新型靶向杀菌剂创制提供了重要理论依据。Quinofumelin作为一种新型广谱杀菌剂，具有独特的作用机制，对多种重要作物病害均有显著防效。此前，段亚冰教授与周明国教授团队已在《eLife》发表重磅研究，首次发现quinofumelin的作用靶标为嘧啶从头合成途径的关键酶-二氢乳清酸脱氢酶（DHODH），这一发现拓宽了杀菌剂的作用靶标类型。在此基础上，团队进一步围绕禾谷镰孢菌对quinofumelin的抗药性分子机制展开深入研究。研究利用AlphaFold3构建了FgDHODHII的三维结构，并结合分子对接与同源重组技术，构建了5个FgDHODHII定点突变体，明确了155、179、281位氨基酸是调控禾谷镰孢菌对quinofumelin产生抗性的关键位点。其中，FgDHODHII-D155T突变体表现为低水平抗性，FgDHODHII-N281A突变体为中等水平抗性，FgDHODHII-V179E和FgDHODHII-V179D突变体则呈现高水平抗性。图1 PH-1及FgDHODHII突变体对quinofumelin的敏感性测定同时，研究发现quinofumelin抗性突变体存在明显的适合度代价，FgDHODHII-D155T、FgDHODHII-V179E、FgDHODHII-V179D和FgDHODHII-N281A抗性突变体的产孢能力和致病力均显著下降，这为田间延缓抗药性菌株的传播提供了天然优势。交互抗性结果显示，quinofumelin仅与同为DHODH抑制剂的ipflufenoquin存在交互抗性，而与其他常用杀菌剂（氰烯菌酯、多菌灵、戊唑醇、丙硫菌唑、氟唑菌酰羟胺、氟吡菌酰胺、苯并烯氟菌唑、吡唑醚菌酯和嘧菌酯）均无交互抗性，为田间杀菌剂的科学轮换使用提供了理论依据。图2 PH-1及FgDHODHII突变体致病力测定图3 Quinofumelin与其他杀菌剂的交互抗性分析此外，分子对接、分子动力学模拟及微量热泳动等技术手段进一步证实，D155T、V179E、V179D和N281A突变改变了FgDHODHII与quinofumelin的结合模式，导致二者结合亲和力显著下降，这是禾谷镰孢菌对quinofumelin产生抗药性的核心分子机制。图4 quinofumelin与FgDHODHII蛋白的分子对接分析图5 FgDHODHII-quinofumelin复合物的分子动力学模拟图6 quinofumelin与FgDHODHII的微量热泳动分析该研究从分子水平系统揭示了quinofumelin抗性形成的关键机制，不仅深化了对DHODH靶标功能的认识，也为新型杀菌剂quinofumelin的合理使用及抗药性管理策略的制定提供了重要科学依据。未来，基于DHODH靶标的精准农药设计与抗性风险评估将成为该领域的重要研究方向。南京农业大学在读博士生殷消茹为该论文的第一作者，段亚冰教授为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划（2022YFD1400100），农业与林业生物安全国家重点实验室联合研究计划（SKLJRP2510）和国家自然科学基金项目（32072448）的资助。
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