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Preliminary study on molecular mechanism of tolerance in Stemphylium spp. to carbendazim

匍柄霉属真菌对多菌灵耐药性分子机制的初步研究



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  43(3): 314 ̄317(2013)
收稿日期: 2012 ̄08 ̄30ꎻ 修回日期: 2013 ̄03 ̄12
基金项目: 国家重点基础研究发展计划(2010CB126000 ̄G)ꎻ 农业部园艺作物遗传改良重点开放实验室资助ꎻ 现代农业产业技术体系北
京市叶类蔬菜创新团队建设专项资金(blvt ̄12)
通讯作者: 李宝聚ꎬ研究员ꎬ主要从事蔬菜病害诊断与防治技术研究ꎻ Tel:010 ̄62197975ꎬ E ̄mail: libaoju@caas. cnꎮ
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研究简报
匍柄霉属真菌对多菌灵耐药性分子机制的初步研究
黄大野ꎬ 李宝聚∗ꎬ 石延霞ꎬ 谢学文
(中国农业科学院蔬菜花卉研究所ꎬ 北京 100081)
Preliminary study on molecular mechanism of tolerance in Stemphylium spp. to
carbendazim   HUANG Da ̄yeꎬ LI Bao ̄juꎬ SHI Yan ̄xiaꎬ XIE Xue ̄wen   ( Insititute of Vegetables and
FlowersꎬChinese Academy of Agricultural Sciencesꎬ Beijing 100081ꎬChina)
Abstract: The β ̄tubulin genes from two Stemphylium spp. ꎬwhich had tolerance to carbendazimꎬwere cloned
with two pairs of primers. The genes were 1 431 and 1 424 bp respectively and all of them included 3 introns
and encoded 398 amino acids. The nucleotide homology of two Stemphylium spp. with other common plant
pathogentic fungiꎬwhich are sensitive to carbendazimꎬ were high. Howeverꎬcompared with Phe167ꎬpossessed
by β ̄tubulin genes of other fungis that are sensitive to carbendazim the β ̄tubulin genes of two Stemphylium
spp. were exceptional in having Tyr167 . Based on these resultsꎬwe suggest that carbendazim resistance in the
two Stemphylium spp . are probably attributed to Tyr167 .
Key words: carbendazimꎻ β ̄tubulinꎻ Stemphylium spp. ꎻ tolerance
文章编号: 0412 ̄0914(2013)03 ̄0314 ̄04
    多菌灵是一类高效广谱的苯并咪唑类杀菌剂ꎬ
用于防治多种重要的植物病害ꎮ 尽管其对子囊菌、
多数半知菌和担子菌有效ꎬ但对卵菌、接合菌和少
数半知菌却无效ꎬ如腐霉属真菌(Pythium spp. )ꎬ
链格孢属真菌(Alternaria spp . )和匍柄霉属真菌
(Stemphylium spp. )ꎮ 其抗药性机制主要是由于
β ̄微管蛋白氨基酸的突变ꎬ导致蛋白质序列发生变
化从而影响药剂与靶标的结合ꎮ 研究表明其抗药
性与 β ̄微管蛋白几个位点氨基酸突变有关[1]ꎮ
关于真菌对多菌灵耐药性的生化机制ꎬ与抗药
性相同ꎬ均是由于多菌灵与真菌 β ̄微管蛋白提取
物结合量下降所致ꎮ 本研究旨在阐明对多菌灵具
有耐药性的真菌如匍柄霉属真菌的不敏感性与 β ̄
微管蛋白核苷酸所推定的氨基酸序列之间的关系ꎬ
从分子水平上对耐药性的分子机制进行研究ꎮ
1  材料与方法
1. 1  材料
茄匍柄霉( Stemphylium solani)、菠菜匍柄霉
( Stemphylium spinaciae )、灰葡萄孢菌 ( Botrytis
cinerea)ꎮ
1. 2  试验方法
1. 2. 1  药剂敏感性测定  上述 3 种真菌在含 0、
1、10、50 和 100 μg / mL 多菌灵的 PDA 培养基上
进行培养ꎬ25℃培养 5 dꎬ用十字交叉法测量其菌落
直径ꎬ计算多菌灵对 3 种真菌菌丝生长的抑制率ꎮ
菌丝生长抑制率计算公式:菌丝生长抑制率 / %
 
  3 期     黄大野ꎬ等:匍柄霉属真菌对多菌灵耐药性分子机制的初步研究
= [(对照菌落直径 -处理菌落直径) /对照菌落直
径] ×100
1. 2. 2  基因克隆  按常规 CTAB法提取 2 种真菌
基因组 DNAꎮ 使用 2 对真菌 β ̄微管蛋白通用引物
Q1:5′ ̄ACCCACAACCGCCAACATGCGTGA ̄3′和
Q2: 5′ ̄GGTGATCTGGAAACCCTGGAGGCA ̄3′ꎻ
Z1:5′ ̄CAGCTCGAGCGTATGAACGTCT ̄3′和 Z2:
5′ ̄TGTACCAATGCAAGAAAGCCTT ̄3′ꎬ 用 来 扩
增匍柄霉属 2 个真菌 β ̄微管蛋白与多菌灵抗药性
相关的核苷酸序列ꎮ 引物对 Q1 / Q2 扩增条件为:
94℃ 5 minꎻ60℃ 50 sꎬ94℃ 40 sꎬ72℃ 80 sꎬ30 个
循环ꎻ72℃ 5 minꎻZ1 / Z2 扩增条件为:94℃ 5 minꎻ
94℃ 45 sꎬ56 ℃ 1 min 30 sꎬ72℃ 2 minꎬ30 个循
环ꎻ72℃ 5 minꎻ
1. 2. 3  DNA 序列测定及分析  回收、纯化 2 对引
物的 PCR产物ꎬ分别与 pMD􀅺 20 ̄T Vector连接ꎬ转
化 E. coli DH5αꎬ通过菌落 PCR鉴定阳性克隆ꎬ由上
海生工基因公司完成测序ꎮ 将以上 2 对引物测序结
果用 DNAMAN软件分析ꎬ去除重复部分后得到完
整的基因ꎮ 检索 GenBank和 EMBL基因数据库ꎬ利
用 BLAST对所获得序列进行同源性分析ꎮ
2  结果与分析
2. 1  匍柄霉属真菌对多菌灵敏感性测定
在多菌灵浓度为 100 μg / mL 时对供试匍柄霉
属 2 个不同种仍无明显的抑制效果ꎬ最小抑菌浓度
(MIC)远大于 100 μg / mLꎬ且 4 个梯度浓度抑制效
果变化不大ꎬ而对于多菌灵主要防治对象灰葡萄孢
(B. cinerea)ꎬ在 1 μg / mL 时已经能完全抑制其生
长ꎬ即最小抑菌浓度(MIC)小于 1 μg / mL(表 1)ꎮ
2. 2  PCR产物扩增及序列测定
通过 2 对引物对匍柄霉属的 2 种真菌茄匍柄
霉(S. solani)和菠菜匍柄霉( S. spinaciae) β ̄微管
蛋白基因进行 PCR 扩增ꎬ每个菌株分别扩增出约
650 bp和 1 300 bp 长度的 DNA片段ꎬ两段序列经
过拼接去除重复序列其 β ̄微管蛋白基因长度分别
为 1 431bp和 1 424 bpꎬ均包含 3 个内含子ꎬGen ̄
Bank序列号分别为 JN105109 和 JN105110ꎬ均编
码 398 个氨基酸ꎮ 通过 BLAST与已知常见的对多
菌灵敏感的植物病原真菌 β ̄微管蛋白核苷酸和蛋
白质进行比较ꎬ表明其具有较高的同源性ꎮ 与颖枯
壳针孢 ( Septoria nodorum) β ̄微管蛋白核苷酸
(GenBank 登录号 AY786332 ) 同源性分别为
89􀆰 87%和 90. 98% ꎬβ ̄微管蛋白氨基酸同源性为
98. 24%和 98. 24% ꎻ与玉蜀黍赤霉(Gibberella ze ̄
ae)核苷酸(GenBank登录号 AY303689)同源性分
别为 85. 61%和 85. 26% ꎬβ ̄微管蛋白氨基酸(Gen ̄
Bank 登录号 XP _389406)同源性为 97. 17% 和
97􀆰 17% ꎮ
2. 3  匍柄霉属真菌对多菌灵耐药性与其 β ̄微管
蛋白氨基酸序列之间的关系分析
通过研究 β ̄微管蛋白的空间结构ꎬ并结合其
与苯并咪唑类杀菌剂的抗药性相关的氨基酸位点ꎬ
提出苯并咪唑类杀菌剂与 β ̄微管蛋白的结合位点
是由 6、50、134、165、167、198ꎬ200、257 位氨基酸构
成的一个集中区域[2]ꎮ 为了便于分析ꎬ将对多菌
灵敏感ꎬ但与上述 2 种真菌 β ̄微管蛋白氨基酸同
源较高的颖枯壳针孢菌(S. nodorum)的 β ̄微管蛋
白氨基酸与之进行比较ꎬ对于 2 种匍柄霉属真菌ꎬ
在与多菌灵抗药性相关的 6 ̄257 位氨基酸区域内ꎬ
与颖枯壳针孢菌(S. nodorum) β ̄微管蛋白氨基酸
序列相比ꎬ在第 56 与第 167 位氨基酸不同ꎬ而 56
位天冬酰胺不是 2 种匍柄霉属真菌所特有ꎬ一些对
多菌灵敏感菌种也存在 56 位天冬酰胺ꎮ 然而ꎬ在
第 167 位氨基酸却存在异常ꎬ在匍柄霉属的 2 种真
Table 1  Inhibition rate of carbendazim to Stemphylium sp. isolates and Botrytis cinerea
Isolate
Inhibition / %
1 μg / mL 10 μg / mL 50 μg / mL 100 μg / mL
Stemphylium solani 6. 21 7. 84 14. 38 20. 92
S. spinaciae 8. 21 15. 80 21. 28 25. 55
Botrytis cinerea 100. 00 100. 00 100. 00 100. 00
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植物病理学报 43 卷
菌当中第 167 位均为酪氨酸ꎬ而已知的对多菌灵敏
感的真菌的 β ̄微管蛋白氨基酸序列在此位置为苯
丙氨酸(图 1)ꎮ Orbach 等[3]研究表明 167 位酪氨
酸是粗糙脉孢菌(N. crassa)对苯菌灵产生抗药性
的原因ꎮ 在 2 种匍柄霉属真菌中ꎬ其他的与苯并咪
唑杀菌剂抗药性相关的氨基酸位点 6 位组氨酸ꎬ50
位酪氨酸ꎬ134 位谷氨酰胺ꎬ165 位丙氨酸ꎬ198 位
谷氨酸ꎬ200 位苯丙氨酸ꎬ237 位苏氨酸ꎬ241 位精
氨酸ꎬ250 位亮氨酸ꎬ257 位蛋氨酸与其他已知的对
苯并咪唑类杀菌剂敏感真菌相同ꎮ 这些结果表明
匍柄霉属真菌对多菌灵的耐药性与其 β ̄微管蛋白
167 位氨基酸可能存在关系ꎬ这与 Abdul(1998)报
道玉蜀黍小斑菌(Cochliobolus heterostrophus)对
多菌灵耐药性与 167 酪氨酸有关结果相一致[4]ꎮ
其他 的 生 物 中 仅 原 生 动 物 阴 道 毛 滴 虫
(Trichomonas vaginalis)β ̄微管蛋白含有 167 位酪
氨酸ꎬ苯并咪唑类杀菌剂对其没有影响[5]ꎮ
Fig. 1  Contrast the β ̄tubulin’ amino acid sequences of Stemphylium solani
and S. spinaciae with that of S. eptoria nodorum
1: Septoria nodorumꎻ 2: Stemphylium solaniꎻ 3: S. spinaciae.
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  3 期     黄大野ꎬ等:匍柄霉属真菌对多菌灵耐药性分子机制的初步研究
3  讨论
研究表明ꎬ粗糙脉孢菌(N. crassa)167 位氨基
酸由苯丙氨酸突变为酪氨酸是其对多菌灵产生中
等抗药性的原因ꎮ 多菌灵对粗糙脉孢菌(N. cras ̄
sa)167 位酪氨酸的突变菌株最小抑菌浓度(MIC)
为 100 μg / mLꎬ而其野生菌为 0. 1 μg / mLꎮ 但本研
究表明多菌灵对匍柄霉属 2 种真菌其最小抑菌浓
度(MIC)远大于 100 μg / mLꎮ 167 位酪氨酸可能
不是匍柄霉属真菌对多菌灵产生高抗的唯一原因ꎬ
α ̄微管蛋白氨基酸对其耐药性可能存在影响ꎮ 其
他的机制ꎬ如所报道的白色念珠菌(Candida albi ̄
cans)的主动转运系统可能是匍柄霉属真菌对多菌
灵产生耐药性的另外一个机制ꎮ 将 167 位酪氨酸
基因进行敲除会有助于进一步了解 167 酪氨酸与
多菌灵耐药性的关系和影响ꎮ
参考文献
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Phytopathologyꎬ 1986ꎬ 24: 43 -65.
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heterostrophus β ̄tubulin gene and its possible role in
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Chemotherapyꎬ 1994ꎬ 38: 2086 -2090.
责任编辑:于金枝
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