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小麦作为全球重要的粮食作物，其安全生产面临严峻挑战。由致病性镰刀菌引起的小麦赤霉病 (Fusarium head blight，FHB)，以及病原菌产生的真菌毒素 (如呕吐毒素DON)，不仅导致小麦产量显著下降，还严重威胁全球农产品质量安全 (Johns et al., 2022)。数据显示，赤霉病流行区域超过80%的小麦被呕吐毒素 (DON) 污染，其中30%超过国家规定的限量标准 (1 mg/kg)，对人和动物健康造成巨大威胁 (Ma et al., 2020)。当前，化学杀菌剂在赤霉病防治和毒素源头防控中发挥着重要作用。然而，依赖大量施用化学杀菌剂的防治措施，使得病原菌抗药性问题日益突出，同时一些化学药剂还会诱导赤霉病菌DON毒素的生物合成，加剧真菌毒素污染 (Zhao et al., 2022)。因此亟需开发绿色高效的替代防治策略。
近日，华中农业大学小麦团队何伟杰/黄涛博士在JIPB在线发表了题为“Iturin and fengycin lipopeptides inhibit pathogenic Fusariumby targeting multiple components of the cell membrane and their regulative effects in wheat”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13933)。揭示了拮抗微生物产生的脂肽类物质依枯草菌素 (Iturin) 和丰原素 (Fengycin) 抑制病原镰刀菌生长、保护小麦抵御赤霉病、减少毒素积累以及调节植物生长发育的多重机制。
该研究通过转录组测序，结合遗传学和化学方法，分析了镰刀菌和小麦对脂肽类拮抗物质依枯草菌素和丰原素的响应。结果显示，依枯草菌素和丰原素能够与镰刀菌细胞膜上的麦角甾醇、磷脂、糖基磷脂酰肌醇及锚蛋白等多个靶点结合，干扰细胞膜正常生理功能，从而抑制镰刀菌生长繁殖 (图1A，B)。同时，依枯草菌素和丰原素能够诱导小麦产生系统抗性，有效抵御赤霉病侵害，并显著降低小麦中呕吐毒素的积累 (图1C)。
图1. 镰刀菌和小麦对依枯草菌素 (Itu) 和丰原素 (Fen) 的响应
(A) 脂肽处理后的镰刀菌菌丝形态。(B) 脂肽处理镰刀菌基因缺失突变体。(C) 脂肽诱导小麦系统抗性。
进一步研究发现，依枯草菌素和丰原素可激活镰刀菌的细胞壁完整性 (CWI) 和高渗甘油 (HOG) 信号通路。CWI 信号通路激活后，镰刀菌细胞壁重塑过程受到干扰，无法维持正常结构与功能；而HOG 信号通路激活则促使细胞内甘油大量积累，导致细胞渗透压失衡，最终致使镰刀菌细胞膨胀破裂。此外，这两种脂肽类拮抗物质对小麦生长发育具有调节作用，既能促进小麦幼苗根系生长、叶片发育，又能延缓种子萌发。研究推测，这种调节作用可能与依枯草菌素和丰原素对生长素、细胞分裂素等植物激素合成、运输及信号转导通路的影响有关 (图2)。
此项研究首次揭示了微生物源的脂肽类拮抗物质依枯草菌素和丰原素在镰刀菌中的作用靶点与生化作用机制，以及在小麦中的宿主响应机制 (图2)。依枯草菌素和丰原素的多靶点作用特性，不仅增强了对镰刀菌的抑制效果，还降低了病原菌产生抗性的风险，在未来作为绿色多功能生物杀菌剂应用具有巨大优势。
图2. 脂肽与镰刀菌及小麦之间相互作用模式图
华中农业大学已毕业博士生袁青松与杨鹏为论文共同第一作者，华中农业大学何伟杰博士和黄涛博士为论文共同通讯作者。实验工作得到湖北省农业科学院刘易科副研究员、华中农业大学在读博士生Karim M. Tabl和已毕业博士生郭茂伟的大力支持。华中农业大学廖玉才教授、张静柏副教授、中国科学院上海营养与健康研究所武爱波研究员对本研究给予了重要指导。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后基金和湖北省洪山实验室的资助。
参考文献：
Johns, L. E., Bebber, D. P., Gurr, S. J. and Brown, N. A. (2022). Emerging health threat and cost of Fusarium mycotoxins in European wheat. Nat. Food 3: 1014-1019.
Ma, Z. Q., Xie, Q., Li, G. Q., Jia, H. Y., Zhou, J. Y., Kong, Z. X., Li, N., and Yuan, Y. (2020). Germplasms, genetics and genomics for better control of disastrous wheat Fusarium head blight. Theor. Appl. Genet. 133: 1541–1568.
Zhao H. H., Tao X, Song W, Xu H. R., Li M. X., Cai Y. Q., Wang J. X., Duan Y. B., Zhou M. G. (2022). Mechanism of Fusarium graminearum resistance to ergosterol biosynthesis inhibitors: G443S substitution of the drug target FgCYP51A. J. Agric. Food Chem. 70: 1788-1798.
文章引用：
Yuan, Q.-S., Yang, P., Liu, Y.-K., Tabl, K. M., Guo, M.-W., Zhang, J.-B., Wu, A.-B., Liao, Y.-C., Huang, T., and He, W.-J. (2025). Iturin and fengycin lipopeptides inhibit pathogenic Fusarium by targeting multiple components of the cell membrane and their regulative effects in wheat. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13933
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