南京农业大学植物保护学院农药重点实验室研究人员在周明国教授的带领下，采用全基因组测序技术和其他分子途径，揭示了氰烯菌酯的抗性机理，提出了氰烯菌酯的作用机制。近日，关于此项研究成果的报道首次发表在《Scientific Reports》期刊上。研究发现，肌球蛋白-5（myosin-5）中的基因突变是导致禾谷镰孢菌（Fusarium graminearum）对氰烯菌酯产生抗性的原因所在。

    氰烯菌酯开发代号为JS399-19，是由江苏省农药研究所股份有限公司研发的、拥有自主知识产权的氰基丙烯酸酯类杀菌剂。

    氰基丙烯酸酯类化合物具有新颖的作用机制，对环境安全。许多该类化合物含有杂环，对杂草、害虫、真菌病原体、病毒和癌症等显示了杰出的防治效果。其中，氰基丙烯酸酯类除草剂为光系统Ⅱ（PS Ⅱ）电子传递抑制剂；然而，在本研究之前，禾谷镰孢菌对氰烯菌酯的抗性机制尚属未知。

    氰烯菌酯是镰刀菌属（Fusarium spp.）专化型杀菌剂，用于防治赤霉病（Fusarium head blight，FHB）。它能强烈抑制镰刀菌属中禾谷镰孢菌（Fusarium graminearum）、尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）等病原菌的菌丝生长，但对包括灰霉菌（Botrytis cinerea）、稻瘟菌 [Pyricularia grisea (Magnaporthe oryzae)]和白粉病菌（Blumeria graminis）等在内的其他病原菌几乎没有或没有活性。

    FHB是世界范围内谷类作物上的毁灭性病害。除了降低谷物产量和质量外，在被侵染的谷物中，禾谷镰孢菌还产生有害的霉菌毒素。防治FHB最有效的方法是在小麦开花期使用杀菌剂。而氰烯菌酯的使用可以将FHB指数和霉菌毒素水平降低80%。

    但实验室研究发现，禾谷镰孢菌在选择压下易对氰烯菌酯产生抗性。因此，探明禾谷镰孢菌对氰烯菌酯的抗性机理非常重要，因为它可以提高我们对氰烯菌酯作用机制的理解，帮助我们寻找避免抗性产生的途径。

    周明国教授研究团队通过室内药剂驯化方法，获得了室内近亲抗药性菌株，以抗药性菌株为材料，采用随机插入潮霉素基因构建了突变体文库，结果发现FgFim基因与氰烯菌酯的抗性有关，为了进一步揭示其抗性机理，采用全基因组重测序技术寻找差异突变基因。结果发现，与氰烯菌酯敏感菌株2021相比，在氰烯菌酯所有6个抗性菌株YP-1、Y2021A、B、C、D和F中，只有肌球蛋白-5显示出点突变。肌球蛋白-5基因序列的216、217、418、420或786位点核苷酸发生改变。

    为了进一步证实肌球蛋白-5基因点突变与氰烯菌酯抗性之间的关系，周明国教授研究团队通过基因同源置换技术证明肌球蛋白-5基因216、217、418和420位点氨基酸突变是小麦赤霉病菌对氰烯菌酯产生抗性的原因所在，786位点的突变不能影响氰烯菌酯的抗性。

    肌球蛋白是真核状态的、与肌动蛋白相关的ATP酶马达，其在细胞浆移动、肌动蛋白纤维束组织、囊泡/细胞器传递、细胞极化、转录调控、胞内运输、信号传导中担任重要角色。

    肌球蛋白-5有3个域：头部或马达域（该域包括ATP与肌动蛋白的键合位点）、尾部同源域1（TH1）和SH3域。在禾谷镰孢菌氰烯菌酯抗性突变体中，编码子216、217、418和420位点的4个氨基酸突变都被检测到在马达域，只有编码子786位点的一个突变被检测到在TH1域。

    全基因测序研究揭示，禾谷镰孢菌肌球蛋白-5中的基因突变导致这种真菌对氰烯菌酯产生抗性。在此研究基础上，科研人员提出，当氰烯菌酯与敏感菌株相互作用时，其与禾谷镰孢菌肌球蛋白-5结构域相结合，干扰肌球蛋白-5马达活性，影响肌动蛋白组装，从而导致禾谷镰孢菌的死亡或生长缺陷。然而，在抗性菌株中，肌球蛋白-5结构域的突变降低或阻止了氰烯菌酯与其结合，从而使肌球蛋白-5结构域的功能正常。

    周明国教授等经过长期的研究，阐明了氰烯菌酯的抗性机理和作用机制。这项成果的取得不仅有利于避免和迟缓禾谷镰孢菌对氰烯菌酯的抗性产生，指导氰烯菌酯的科学使用，而且有利于新杀菌剂或其他药物的研发。

（南京农业大学植物保护学院周明国教授和段亚冰博士为作者提供了宝贵资料，并对本文进行了修改和审阅，在此深表感谢！）