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水稻細菌性葉枯病防控研究獲新進展
作者：朱漢斌，李彥華  來源：中國科學(xué)報
山東拓普生物工程有限公司  http://m.xhztyn.cn
近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授崔紫寧團隊傳來喜訊。該團隊報道了一種基于大蒜提取物設(shè)計合成的二硫醚化合物抑制劑，其在防控由菠蘿泛菌引發(fā)的水稻細菌性葉枯病方面成效顯著，并初步揭示了其作用機制。相關(guān)成果發(fā)表于《害蟲管理科學(xué)》（Pest Management Science）。
水稻細菌性葉枯病由菠蘿泛菌引起，這一病害正嚴(yán)重威脅著全球半數(shù)人口的主糧——水稻。該病原菌會侵染水稻葉片組織，引發(fā)典型的葉枯癥狀，致使水稻產(chǎn)量和品質(zhì)大幅下降，給全球糧食安全帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。不僅如此，菠蘿泛菌的宿主范圍極為廣泛，除水稻外，還能侵染菠蘿、甘蔗等多種重要經(jīng)濟作物。
與水稻白葉枯病菌或青枯菌等植物病原菌不同，菠蘿泛菌缺乏典型的III型分泌系統(tǒng)。該系統(tǒng)是大多數(shù)病原細菌輸送效應(yīng)蛋白、建立致病性的關(guān)鍵毒力機制，菠蘿泛菌關(guān)鍵致病機制尚待深入研究，可能依賴于毒素合成、生物膜形成或破壞宿主防御反應(yīng)等替代途徑。
大蒜中天然存在的二硫醚化合物，因含有二硫鍵活性骨架而具備廣譜抗菌活性。然而，其分子不穩(wěn)定、易揮發(fā)的特性，極大地限制了在實際中的應(yīng)用。崔紫寧團隊在國家自然科學(xué)基金等項目的資助下，通過理性設(shè)計與合成，成功獲得一系列結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、活性增強的二硫醚化合物。
該研究首次系統(tǒng)評估了二硫醚類化合物對菠蘿泛菌的體外抑菌活性。通過多路徑合成策略，成功合成41種二硫醚衍生物，并對其抑菌效能展開系統(tǒng)性篩選。活性測試結(jié)果顯示，化合物D7對該病原菌表現(xiàn)出顯著的抑制作用，其半最大效應(yīng)濃度為0.87 μg/mL。進一步研究發(fā)現(xiàn)，化合物D7可誘導(dǎo)菠蘿泛菌發(fā)生濃度依賴性細胞凋亡，并提高細胞內(nèi)活性氧水平。此外，D7能抑制細菌中超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的活性，破壞細菌的氧化防御系統(tǒng)，引發(fā)活性氧代謝紊亂。電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，D7會損害菠蘿泛菌的細胞膜，導(dǎo)致細胞膜塌陷、細胞質(zhì)滲漏。
在防治效果方面，化合物D7對菠蘿泛菌引起的水稻細菌性葉枯病具有顯著的療效和保護作用。同時，在毒性測試中，化合物D7對非目標(biāo)生物（蚯蚓和蠶）表現(xiàn)出低毒性�；�于AquaticTox和BeeTox模型的預(yù)測結(jié)果也進一步證實，D7對水生生物（如：虹鱒魚Oncorhynchus mykiss、黑頭呆魚Pimephales promelas、大型溞Daphnia magna、偽小球藻Pseudokirchneriella subcapitata）和蜜蜂均表現(xiàn)出低毒性。
綜上，二硫醚化合物D7通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激并協(xié)同破壞病原菌細胞膜的雙重作用機制，對菠蘿泛菌引起的水稻細菌性葉枯病展現(xiàn)出顯著的防治效果，且毒性評估證實其對非靶標(biāo)生物風(fēng)險較低，為水稻細菌性葉枯病的防控提供了新的有效途徑。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/ps.70066
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