黄瓜疫病菌对氟吗啉的抗性风险及抗药性机制研究

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氟吗啉是我国第一个具有自主知识产权的杀菌剂,主要用于植物卵菌病害(腐霉除外)的防治,尤其对疫霉病菌和霜霉病菌具有优异的保护和治疗作用。氟吗啉属于羧酸氨基酸类(CAA)杀菌剂。由于该类杀菌剂对卵菌病害具有优异的防治效果,且与目前市场上使用的杀菌剂无交互抗药性,目前已逐渐成为市场上用于卵菌病害防治的主要杀菌剂之一。本试验以在自然条件下较容易进行同宗配合的黄瓜疫病菌为材料系统地研究了其对氟吗啉的室内抗药性风险及其抗药性产生的生化机制,并对其分子机制进行了初步探索,得出如下结果:   1、试验分离采集了108株黄瓜疫病菌(phytopthora melonis)菌株,通过RAPD方法分析选取了8株具有不同遗传背景的菌株,以药剂直接筛选和紫外线诱导的方式进行抗药性菌株的筛选。结果表明,不同遗传背景的菌株对氟吗啉具有不同的抗药性风险。试验仅从3株供试曲株中获得抗药性菌株,其抗药性倍数在7-600倍。这是首次报道能从疫霉病菌中获得对CAA类杀菌剂具有高抗药性水平的菌株。抗药性菌株适合度研究表明,除部分抗药性菌株产孢能力下降外,其致病力、菌丝生长速率、抗药性稳定性等指标与亲本菌株相比均无显著变化。交互抗药性研究表明,氟吗啉和目前市场上用于卵菌病害防治的主要杀菌剂嘧菌酯、氰霜唑、霜脲氰和甲霜灵之间无交互抗药性。氟吗啉与同类杀菌剂烯酰吗啉和异丙菌胺之间具有交互抗药性,这表明氟吗啉、烯酰吗啉和异丙菌胺可能具有相似的抗药性机制及作用机制。根据抗约性风险评估的结果及黄瓜疫病菌是土传病原菌的特征将黄瓜疫病菌对氟吗啉的抗药性风险定为中等抗性水平。   2、试验从氟吗啉对黄瓜疫病菌敏感菌株和抗药性菌株不同生长发育阶段的抑制特性为突破口,采用显微观察、同位素示踪和组织特异性荧光染色的方法研究了氟吗啉对敏感菌株和抗药性菌株菌丝形态、细胞壁物质合成和分布的影响。结果表明,氟吗啉并不抑制敏感菌株细胞壁物质的合成,但破坏新合成的细胞壁物质的极性分布。氟吗啉处理后,无细胞壁的游动孢子还能发育形成具有细胞壁的休止孢。但休止孢不能完成从非极性生长到极性生长的转化形成芽管,而是继续进行非极性生长,形成畸形膨大的休止孢。氟吗啉处理曲丝后,破坏了细胞壁物质在菌丝顶端极性分布的能力,导致菌丝亚顶端形成串珠状的畸形结构。   3、试验用FITC标记的鬼笔环肽研究了氟吗啉对控制细胞极性生长的微丝细胞骨架的影响,并用透射电镜研究了微丝细胞骨架被破坏后细胞超微结构的变化。结果表明,氟吗啉可以破坏敏感菌株中微丝细胞骨架的正确排列,从而导致运送细胞壁合成酶及前体物质的囊泡不能极性分布到菌丝的顶端以供顶端生长,而是分散在细胞核周围,使细胞核周围的细胞壁增厚,最终导致菌丝形态呈串珠状的非极性生长。氟吗啉对抗药性菌株中的微丝细胞骨架的排列及细胞的超微结构均无影响。   4、为了探明黄瓜疫病菌对氟吗啉产生抗药性的分子机制,试验克隆并比较了氟吗啉敏感菌株和抗药性菌株中细胞极性生长的关键基因actin和cdc42,发现抗约性菌株中这些基因均没有发生与抗药性相关的突变,这表明氟吗啉的靶标位点与这两个蛋白无关。前人的研究表明,微丝细胞骨架的正确组装受到众多因子的调控,如微丝的组成蛋白肌动蛋白自身、肌动蛋白结合蛋白、控制微丝极性分布的上游调控因子以及控制微丝组装的formin等因子。这些因子的突变都能引起微丝的排列受到破坏,使细胞呈现出与氟吗啉处理菌丝后一致的表型。因此,氟吗啉可能直接或间接作用于微丝细胞骨架,破坏细胞的极性生长。有关氟吗啉确切的作用机制和抗药性机制还有待进一步研究。
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