芽孢杆菌代谢活性物质(Surfactin)对禾谷镰刀菌的作用机制

Fungi and mycotoxin contamination have been become a serious problem of agricultural product quality and food safety. Fusarium head blight and mycotoxin contamination on wheat caused by Fusarium graminearum have been seriously damaged the yield and quality of wheat and food security.To using environmental friendly biotechnology to control fungi and mycotoxin contamination have been competing researched by these scientists from different courtries worldwide.Biocontrol strain D4 was screened from the dung of wild plateau yak through plate inhibition and filed experiment, exhibiting obvious antagonistic activity. A small antifungal lipopeptide YP was isolated from culture broth of strain D4 and identified as the isomer of Surfactin. What is important is that lipopeptide YP was proved as the key factor of strain D4 againgst Fusarium graminearum.Based on our preliminary research, Electron microscope, Isotope Labelling, Langmuir-Blodgett, RT-PCR, QRT-PCR and Physiology and Biochemistry Techniques are employed to explore the action mechnism on the inhibition for Fusarium graminearum on the levels of cellular, molecular gene expression. Our research aims to provide a theoretical basis for biocontol practice of Fusarium graminearum and mycotoxin contamination.

真菌及其真菌毒素污染已经成为危害农产品质量和食品安全的重大问题，禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病及其毒素污染严重影响小麦产量、品质及其食用安全性。利用对环境友好的生物技术防控真菌及其毒素污染已经成为各国科学家争相研究的热点。前期工作中我们从野生高原牦牛牛粪中获得对禾谷镰刀菌具有良好防效的巨大芽孢杆菌D4，从其发酵液中分离纯化得到广谱抗菌肽YP，经结构解析，脂肽YP属于Surfactin同系物，并进一步验证了脂肽YP是菌株D4发挥对禾谷镰刀菌生防作用的关键因子。本项目将在前期基础上，利用电镜技术、同位素掺入技术、Langmuir-Blodgett技术、反转录PCR、QRT-PCR及其生理生化方法，从细胞水平、分子水平以及毒素合成关键基因表达水平上，探索芽孢杆菌D4代谢活性物质(Surfactin)对禾谷镰刀菌的作用机理，以期为禾谷镰刀菌及其毒素污染的生物防控奠定基础。

禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病及其毒素污染严重影响小麦产量、品质及其食用安全性。芽孢杆菌脂肽Surfactin最初被发现抗病毒、抗肿瘤、抗支原体和表面活性等，关于其抗真菌活性近年才有报道。项目综合采用经典生理生化方法和先进技术手段探索芽孢杆菌脂肽Surfactin对禾谷镰刀菌的作用机制，按照从外向内的细胞结构顺序，全面探索脂肽对禾谷镰刀菌细胞壁、细胞膜、重要代谢途径、线粒体电子传递链、核酸合成和蛋白质合成、毒素合成等的影响，以确定脂肽对禾谷镰刀菌的作用位点及其作用方式。主要结果如下，脂肽具有破坏禾谷镰刀菌菌丝体细胞膜结构的能力，主要通过造成菌丝体细胞膜损伤、膜通透性改变和胞内蛋白、核酸、离子的外泄等方式，而对分生孢子细胞膜作用有限；脂肽具有干扰禾谷镰刀菌EMP途径正常进行的能力，主要作用方式是降低禾谷镰刀菌呼吸速率、抑制葡萄糖利用和EMP关键酶酶活性；脂肽具有干扰线粒体电子传递链的能力，主要通过抑制电子传递链关键酶酶活性和诱发ROS介导的细胞凋亡等方式，诱发丝状真菌凋亡是一种新的作用方式；基于研究结果，我们尝试在小麦侵染抑制、小麦储藏安全两方面进行了初步应用，效果较好。项目研究丰富了芽孢杆菌脂肽抗真菌作用机制，将为下一步的生物农药定向设计、生防制剂的开发和应用提供理论依据和指导，为禾谷镰刀菌侵染及其毒素污染的防控奠定基础。