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       由禾谷鐮孢菌復合種群（FGSC）引起的小麥赤霉病是一種世界性真菌病害，不僅導致產(chǎn)量損失，而且病原菌在感病麥粒中分泌的脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON毒素），嚴重威脅食品安全與人畜健康。

       南京農(nóng)業(yè)大學殺菌劑生物學研究團隊段亞冰教授課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，琥珀酸脫氫酶抑制劑（SDHI）類殺菌劑可干擾赤霉病菌產(chǎn)毒結(jié)構(gòu)形成，且顯著抑制DON毒素的生物合成（Xu et al., 2019），同時也發(fā)現(xiàn)SDHI殺菌劑可引起線粒體碎片化，破壞線粒體的穩(wěn)態(tài)平衡（Kang et al., 2022）。已有報道表明，產(chǎn)毒小體是赤霉病菌內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在細胞核周圍重塑形成的特殊球形結(jié)構(gòu)，是DON毒素生物合成的重要場所。本課題組從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-線粒體偶聯(lián)亞細胞結(jié)構(gòu)（Endoplasmic reticulum-mitochondrial encounter structure, ERMES）為切入點，深入開展了赤霉病菌ERMES調(diào)控產(chǎn)毒結(jié)構(gòu)形成及DON毒素生物合成的機理研究。近日，該研究成果“Endoplasmic reticulum-mitochondrial encounter structure regulates the mitochondrial morphology, DON biosynthesis and toxisome formation in Fusarium graminearum”在中科院一區(qū)國際期刊《Microbiological Research》進行了在線發(fā)表。

       本研究發(fā)現(xiàn)，赤霉病菌ERMES由4個不同的亞基（Mmm1、Mdm12、Mdm10和Mdm34）組成，在線粒體形態(tài)維持中發(fā)揮著重要作用，當ERMES結(jié)構(gòu)存在缺陷時，則會導致線粒體由正常的絲狀（條狀）變?yōu)辄c狀（球狀），激光共聚焦成像和透射電鏡成像的結(jié)果都證實了這一現(xiàn)象（圖1）。

圖1  ERMES調(diào)控赤霉病菌線粒體的形態(tài)

       同樣，我們對產(chǎn)毒小體的形成進行觀察發(fā)現(xiàn)，當Mdm10缺失可造成ERMES嚴重缺陷，破壞了產(chǎn)毒小體的形成（圖2）。相比于野生型菌株，Mdm10突變體中FgTRI1-GFP標記的熒光呈碎片狀。

圖2  FgMDM10缺失導致產(chǎn)毒小體形成受到抑制

       深入研究發(fā)現(xiàn)，ERMES各亞基與TRI1之間密切的互作關(guān)系促進了產(chǎn)毒小體的形成。啶酰菌胺等SDHI殺菌劑可導致ERMES各亞基的亞細胞定位發(fā)生改變，破壞ERMES復合體的形成，干擾ERMES各亞基與TRI1的互作，最終抑制產(chǎn)毒小體的形成和DON毒素的生物合成。

       本研究率先對赤霉病菌ERMES結(jié)構(gòu)的組成功能進行了解析。從細胞器層面出發(fā)，揭示了ERMES對于線粒體和異構(gòu)化細胞器產(chǎn)毒小體形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的調(diào)控作用，為ERMES功能調(diào)控網(wǎng)絡增加了新的內(nèi)容，完善了細胞器互作調(diào)控網(wǎng)絡。同時，從分子水平揭示了SDHI殺菌劑通過破壞ERMES的結(jié)構(gòu)，干擾產(chǎn)毒小體的結(jié)構(gòu)形成，最終抑制DON毒素生物合成的分子機制。該成果將為SDHI殺菌劑在小麥赤霉病控病降毒上的科學應用提供了理論支撐。

       南京農(nóng)業(yè)大學植物保護學院博士后宋吉昌為本論文第一作者，研究生李一歌、張紫陽、高欣龍等參與了本研究，植物保護學院農(nóng)藥系段亞冰教授為通訊作者，周明國教授參與了研究工作的指導。論文得到了國家自然科學基金項目（32372578）、江蘇省研究生科研創(chuàng)新項目（KYCX21_0631）的資助。

       文獻鏈接：

[1] Song Jichang, Li Yige, Zhang Ziyang, Gao Xinlong, Li Shengxue, Zhang Jie, Zhou Mingguo, Duan Yabing. Endoplasmic Reticulum-Mitochondrial Encounter Structure regulates the mitochondrial morphology, DON biosynthesis and toxisome formation in Fusarium graminearum. Microbiological Research, 2024, 289(7): 127892. DOI:10.1016/j.micres.2024.127892.

[2] Xu Chao, Li Meixia, Zhou Zehua, Li Jiaosheng, Chen Dongming, Duan Yabing, Zhou Mingguo. Impact of Five Succinate Dehydrogenase Inhibitors on DON Biosynthesis of Fusarium asiaticum, Causing Fusarium Head Blight in Wheat. Toxins, 2019, 11(5): 272. DOI: 10.3390/toxins11050272.

[3] Kang Jinbo, Zhang Jie, Liu Yinkai, Song Jichang, Ou Jianlin, Tao Xian, Zhou Mingguo, Duan Yabing. Mitochondrial dynamics caused by QoIs and SDHIs fungicides depended on FgDnm1 in Fusarium graminearum. Journal of Integrative Agriculture, 2023, 22 (2): 481-494. DOI:10.1016/j.jia.2022.08.118.