小麦白粉菌对 DMI杀菌剂的抗性分子机理研究

The utilization of 14α-demethylation inhibitors（DMI）fungicides to control wheat powdery mildew is one of the most effective methods. However, high frequency and higher resistance isolates have appeared because of the extensive and long-term use of triazole fungicides. In this study, we assayed triadimefon resistance in 100 graminis f.sp. tritici(Bgt)isolates collected from different geographical origins in China. However, 64% isolates gained azole resistance independently of CYP51 mutations and the mechanisms leading to CYP51-independent resistance are poorly understood. We used whole-genome sequencing and genome-wide association studies (GWAS) to perform an unbiased screen of DMI resistance loci in Bgt. The candidate genes associated with DMI resistance were screened. The host-induced gene silencing technique was used to verify the biological functions of the candidate genes and their pathways. The research will further explain the resistance mechanism to DMI, which will pave the foundation for guiding the rational use of fungicides and resistance management strategies.

利用14α-脱甲基反应抑制剂(14α-demethylation inhibitors, DMI)杀菌剂防治小麦白粉病是当前生产中控制该病害最主要的方式之一。但随着长期大量使用该类杀菌剂，田间菌株已产生高频率且较高水平的抗性。本项目采集不同地理来源的100个小麦白粉菌，测定其对三唑酮的敏感性，发现64%抗性菌株与 CYP51 基因无关，这种独立于 CYP51 基因的抗性机制研究较少。基于此，本项目拟采用高通量测序方法对100个小麦白粉菌进行重测序，并结合其对三唑酮敏感性表型数据，再利用全基因组关联方法分析变异位点与三唑酮杀菌剂敏感关联性，筛选出与三唑酮抗性相关联的位点和候选基因，最后通过寄主诱导的基因沉默技术验证候选基因及其生物学功能，明确其在小麦白粉菌中抗DMI类杀菌剂中的功能。小麦白粉病菌对DMI类杀菌剂的抗性机理深入解析将为指导生产上合理使用杀菌剂防控小麦白粉病和抗药性治理奠定基础。

DMI类杀菌剂防治小麦白粉病是当前生产中控制该病害最主要的方式之一。但随着长期大量使用该类杀菌剂，田间菌株已产生高频率且较高水平的抗性。前期研究发现cyp51基因不能完全解释其抗性机制。主要研究发现：（1）建立小麦白粉菌定量喷雾生物测定方法，并获得100株小麦白粉菌抗药性表型的精准表型数据；（2）完成了100个不同抗药性表型的基因组测序工作，获得了平均覆盖度为20X的有效序列数据。以96224菌株为参考菌株，比对100个重测序菌株的重测序序列，检测各个菌株所含有的突变位点。分析100个菌株的遗传结构。群体结构分析将参试菌株的遗传结构可分为 5个亚群。对三唑酮敏感菌株有24个，其中17个分布于亚群3中，其他7个散落在亚群1和亚群4中，表明杀菌剂是小麦白粉菌进化的主要动力；（3）以多基因控制的数量性状、基因组为单倍体和自然群体为参数条件，使用GAPIT软件中的混合线性MLM等模型进行关联分析。得到了与抗药性性高度关联的SNP位点。GWAS关联分析结果得到1个位点，包括了8个关联度较高基因，其中含有cyp51基因；（4）开发了小麦白粉菌田间可应用的LAMP检测技术及试剂盒，同时开发了小麦白粉菌抗药性KASP检测技术，应用于田间抗性发生动态监测，也对正确评估田间小麦白粉菌抗性频率具有重要意义。该研究的开展有助于阐明小麦白粉菌对三唑类杀菌剂抗性分子机制，为小麦白粉菌多药耐药提供新的药剂靶点。