納米銀抑制稻曲病菌的機制獲解析

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患稻曲病的水稻。中國農科院水稻所供圖

近日，中國農科院水稻研究所研究員寇艷君課題組研究發現了納米銀抑制稻曲病菌的細胞學和分子生物學機制，并揭示了納米銀對稻曲毒素合成的調控作用，為利用納米銀防治稻曲病提供了新思路。相關研究成果發表于《交叉科學》（iScience）。

稻曲病菌是一種嚴重危害水稻糧食安全的絲狀真菌，其侵染水稻穗部產生稻曲球不僅會導致水稻產量降低，而且稻曲球中含有包括稻綠核菌素在內的多種對人畜有害的毒素，威脅人類健康。

近年來，全球水稻產區稻曲病發生的報道日益頻繁，這使得人們更加關注該病害并研發針對該病原菌的有效殺菌劑。目前，納米材料因其在農業病蟲害防治領域具有良好的應用前景，越來越受到研究人員的關注。其中，納米銀被認為可用于預防和控制作物的病原體，因為微摩爾劑量的納米銀足以殺死微生物病原體。除此之外，有研究報道低劑量的納米銀能夠提高水稻的產量和分蘗，為納米銀在生產應用于作物病害的防控提供了積極的理論依據，但目前對納米銀對水稻病原真菌的作用研究有限，分子機制尚不清楚。

研究人員發現，納米銀對稻曲病菌的生長抑制具有濃度依賴的特性，且半數有效濃度的納米銀即可顯著抑制稻曲病菌的產孢和致病力。經細胞超顯微結構觀察發現，納米銀破壞了稻曲病菌細胞壁和細胞膜結構的完整性。進一步轉錄組數據分析表明，納米銀在轉錄調控上影響了稻曲病菌中多個能量利用和代謝過程，其中稻綠核菌素合成相關基因表達顯著上調。

對比轉錄組分析發現，納米銀處理與表觀阻遏因子UvKmt6調控的基因存在顯著相關性，且UvKmt6敲除突變體對納米銀敏感性升高。進一步的生化實驗結果表明，納米銀通過降低稻曲病菌中H3K27me3修飾的水平來激活稻黑粉菌素合成相關基因的表達。綜上，該研究證明了納米銀通過改變稻曲病菌細胞結構和表觀遺傳修飾介導的轉錄調控從而調控稻曲病菌的生長發育、代謝和致病力。

該研究一方面證實納米銀是一種有效防治稻曲病的納米殺菌劑，但另一方面也會導致真菌毒素合成基因的表達上調。因此，未來在應用納米銀時，需要考慮與抑制真菌毒素合成的殺菌劑聯合施用，以降低毒素污染的風險。

該研究得到國家自然科學基金和中國水稻研究所重點研發項目的資助。