稻曲球中稻曲菌素及其生物活性

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稻曲病(Rice false smut)是我国重要粮食作物水稻上的主要真菌病害之一,由稻绿核菌(有性型为Villosiclava virens Tanaka and Tanaka,无性型为Ustilaginoidea virens Takahashi)侵染水稻穗部形成稻曲球。研究表明,稻曲球中主要存在3类真菌毒素,其中的稻曲菌素类化合物以其特有的环醚肽结构和较高的植物毒、动物毒、细胞毒活性而引起了广泛的关注。本研究对稻曲球中的稻曲菌素类化合物进行分离鉴定以及活性评价,分析了不同种类稻曲球和菌核中的稻曲菌素含量,研究了稻曲菌素对水稻3种防御酶活性的影响,主要研究结果如下。(1)采用多种层析手段,从稻曲球的水提物中分离得到9个化合物,并进行了鉴定,其中有5个为稻曲菌素,分别为稻曲菌素A、B、D(Uvb-10)、F(Uvb-8)和G(Uvb-3),稻曲菌素G为新的稻曲菌素;其它化合物分别鉴定为:Naphthisoxazol A(Uvb-1)、(3S)-1,2,3,4-Tetrahydro-β-carboline-3-carboxylic acid(Uvb-4)、1-Methyl-1,2,3,4-tetrahydro-β-carboline-3-carboxylic acid(Uvb-7)和β-甲基苯丙氨酸(Uvb-9)。(2)对稻曲菌素进行植物毒和细胞毒活性评价。稻曲菌素A、B和G对水稻中花11和丽江新团黑谷两个品种的种子都表现了显著的胚根、胚芽抑制作用,对胚根抑制作用强于胚芽,在200μg/mL时对胚根的抑制率均达到了 90%以上,对胚芽抑制率达到了 50%以上,且它们均能诱使胚根胚芽膨大变粗。稻曲菌素A对BGC-823和A549细胞的IC50值分别为2.66和3.12 μM,稻曲菌素 B 对 BGC-823、HCT-116、NCI-H1650 和 HepG2 细胞系的IC50 值分别为 1.03、7.2、21.6 和13.0μM,均表现了较好的细胞毒活性,此外,稻曲菌素G对A549及A375细胞系细胞毒活性较弱,IC50值分别为36.5和22.5μM。(3)分析了不同发育时期稻曲球各部分稻曲菌素A和B的含量。对于所有样品,稻曲菌素A的含量明显高于稻曲菌素B;对于完整的稻曲球,早期稻曲菌素的总产量(63.4μg)显著高于中期和晚期(24.3μg和31.2μg);对于同一发育时期的稻曲球,其中层稻曲菌素总产量明显高于外层和内层,且发育早期的稻曲球中稻曲菌素B的相对含量高于中期和晚期。对不同年份采自于我国8个省份的14个晚期稻曲球样品中的稻曲菌素含量进行了分析,这14个组样品的稻曲球平均质量差别很大,其中稻曲菌素A的含量均明显高于稻曲菌素B,但它们的含量与采集地点、采集时间和平均质量之间未表现出显著的相关性。(4)分析了菌核和含菌核稻曲球各部分中稻曲菌素A和B的含量。对于辽宁含菌核的稻曲球,菌核大小差异巨大,但菌核中与菌丝中的总稻曲菌素含量分别为2124.9 μg/g和2076.2μg/g,并无明显差异,高于其它部分。对含菌核的稻曲球各部位中易挥发性成分进行鉴定,结果表明菌核中只含有3种化合物,胚乳层中化合物种类最丰富,棕榈酸和油酸在所有样品中均含量最高。(5)测定了稻曲菌素粗提物、稻曲菌素A和B对水稻培养细胞及植株3种防御酶系(包括PAL、PPO和POD)活性的影响。结果表明,同样的稻曲菌素样品,对不同材料及防御酶活性影响差别较大。不同浓度的稻曲菌素A和B在72-96h时,水稻细胞PAL活性均表现了一定的抑制作用,而三种样品对水稻植株PAL活性均表现为促进作用,且稻曲菌素B在5~20 μg/mL、24 h时对PAL活性比对照提高了 3~4倍;三种样品对水稻培养细胞的PPO活性均表现了微弱的促进作用,而对水稻植株的影响不显著;稻曲菌素粗提物对水稻细胞及植株POD活性主要表现为微弱的抑制作用,稻曲菌素A和B对水稻细胞及植株POD活性的影响呈相反的趋势,且稻曲菌素B对水稻细胞及植株POD活性均表现了明显的促进作用,在40 μg/mL,24 h和48 h时稻曲菌素B使水稻细胞POD活性分别比对照提高了 5.33和4.35倍。本论文研究分离鉴定了稻曲球中1个新的稻曲菌素,并命名为稻曲菌素G;评价了稻曲菌素的生物活性;分析了稻曲菌素在稻曲球及其各部分中的含量,以及稻曲菌素对水稻植株和培养细胞中防御酶活性的影响。研究结果为丰富稻曲菌素的种类,探讨稻曲菌素在稻曲球中合成和分布规律,阐明稻曲菌素在稻绿核菌与水稻互作过程中生理功能提供了依据。
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