免费文献传递   相关文献

Risk assessment and molecular mechanism of the resistance of Magnaporthe oryzae from rice to SYP-1620

水稻稻瘟病菌对烯肟菌胺的抗性风险评估及抗性机制初探



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  44(1): 80 ̄87(2014)
收稿日期: 2013 ̄03 ̄24ꎻ 修回日期: 2013 ̄10 ̄25
基金项目: 国家科技部 863项目(2012CB111401)
通讯作者: 刘西莉ꎬ教授ꎬ主要从事杀菌剂与病原菌互作及病原卵菌致病机制研究ꎻ E ̄mail: seedling@cau.edu.cn
第一作者: 李波涛ꎬ男ꎬ浙江台州人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事杀菌剂与病原菌互作研究ꎻ E ̄mail: libotao ̄066@163.comꎮ
水稻稻瘟病菌对烯肟菌胺的抗性风险评估
及抗性机制初探
李波涛1ꎬ 吴隆起1ꎬ 倪笑霞1ꎬ 王艳辉2ꎬ 刘西莉1∗
( 1中国农业大学 农学与生物技术学院ꎬ 北京 100193ꎻ 2 北京市平谷区植物保护站ꎬ 北京 101200)
摘要:采用菌丝生长速率法测定了 100株采自我国主要水稻产区的水稻稻瘟病菌对烯肟菌胺的敏感性ꎬ结果表明ꎬ其 EC50
分布于 0.011 1~0.295 6 μg􀅰mL-1ꎬ平均 EC50 =(0.078 6±0.056 1) μg􀅰mL
-1ꎮ 供试菌株对烯肟菌胺的敏感性分布呈单侧
峰曲线ꎬ未出现抗药性亚群体ꎬ可将该曲线作为稻病瘟菌对烯肟菌胺的敏感性基线ꎮ 通过室内药剂驯化获得了 7株抗药突
变体ꎬ突变频率为 1.11×10-4ꎬ其中 2株高抗突变体 NJ0811 ̄I和 A10的抗性水平大于 1 000倍ꎬ抗药性性状能稳定遗传ꎬ致病
力显著弱于其亲本菌株ꎻ5株低抗突变体抗性水平在 2.05~ 4.55倍之间ꎬ抗药稳定性差ꎬ适合度与亲本无显著性差异ꎮ 交互
抗药性结果表明ꎬ烯肟菌胺与嘧菌酯存在正交互抗药性ꎬ与田间防治稻瘟病常用药剂稻瘟灵、异稻瘟净无交互抗药性ꎮ 综
合分析表明ꎬ稻瘟病菌对烯肟菌胺可能存在低到中等抗性风险ꎮ 进一步克隆了抗药突变体及其亲本的 cytb基因ꎬCYTB氨
基酸序列比对结果表明ꎬ2株高抗突变体均在 143位由甘氨酸突变为丝氨酸(G143S)ꎬ建立了高抗菌株的 AS ̄PCR 分子检
测方法ꎻ而 5株低抗突变体 cytb基因未发生点突变ꎬ推测可能存在其他的抗性分子机制ꎮ
关键词:稻瘟病菌ꎻ 烯肟菌胺ꎻ 敏感基线ꎻ 抗性风险评估ꎻ 抗药性分子机制
Risk assessment and molecular mechanism of the resistance of Magnaporthe
oryzae from rice to SYP ̄1620   LI Bo ̄tao1ꎬ WU Long ̄qi1ꎬ NI Xiao ̄xia1ꎬ WANG Yan ̄hui2ꎬ
LIU Xi ̄li1   ( 1 College of Agriculture and Biotechnologyꎬ China Agricultural Universityꎬ Beijing 100193ꎬ Chinaꎻ 2 Beijing
Pinggu Plant Protection Stationꎬ Beijing 101200ꎬ China)
Abstract: The sensitivities of 100 Magnaporthe oryzae isolates from the main rice production areas in China to
SYP ̄1620 were determined by colony diameter assay. The results showed that the EC50 values were distributed in
0.011 1-0.295 6 μg􀅰mL-1 . The mean EC50 value was (0.078 6±0.056 1) μg􀅰mL
-1 . The sensitivity frequency
of M. oryzae to SYP ̄1620 distributed as a unilateral peak curveꎬ which showed that there was no resistant sub ̄
population among these strainsꎬ and could be used as baseline ̄sensitivity for field resistance monitoring of M.
oryzae to SYP ̄1620. Two highly resistant mutants and five low resistant mutants were obtained by fungicide ad ̄
aptation at a mutation frequency 1.11×10-4 . The highly resistant mutants showed stable resistance factors were a ̄
bove 1 000 foldsꎬ but the low resistant mutants which resistance factors were 2.05 to 4.55 folds and unstable. As
compared to parent isolatesꎬ the virulence on rice leaves of the two highly resistant mutants exhibited significant ̄
ly decreased. Howeverꎬ there was no significant difference of fitness between the five low resistant mutants and
their parent isolates. Cross ̄resistance studies showed that there was positive cross resistance between SYP ̄1620
and azoxystrobinꎬ but no correlationship between SYP ̄1620 and iprobenfosꎬ isoprothiolane. Based on the signifi ̄
cantly impaired fitnessꎬ the field resistance risk of M. oryzae to SYP ̄1620 might be low to moderate. The cytb
gene was cloned from the mutants and parent isolates. One single ̄point mutation was found in CYTB at amino
 
  1期     李波涛ꎬ等:水稻稻瘟病菌对烯肟菌胺的抗性风险评估及抗性机制初探
acid position 143 from glycine to serine (G143S)ꎬ which might be the resistant molecular mechanism of M.
oryzae to SYP ̄1620. The AS ̄PCR was developed to detect the G143S mutants in field. There was no mutation in
cytb gene of the low resistant mutants.
Keywords: Magnaporthe oryzaeꎻSYP ̄1620ꎻbaseline ̄sensitivityꎻresistance riskꎻresistant molecular mechanism
中图分类号: S432.1          文献标识码: A          文章编号: 0412 ̄0914(2014)01 ̄0080 ̄08
    稻瘟病是流行最广、危害最严重的世界性水稻
病害之一ꎬ可引起大幅减产ꎬ轻者减产 20% ~ 30%ꎬ
重者减产 50%以上ꎬ甚至颗粒无收ꎮ 20 世纪 90 年
代以来ꎬ该病害每年在我国发生面积均在 380 万
hm2 以上ꎬ每年造成数亿千克的稻谷产量损失 [1]ꎮ
稻瘟病菌无性世代为 Pyricularia oryzaeꎬ有性世代
为 Magnaporthe oryzaeꎮ 目前ꎬ生产上稻瘟病的防
治主要是采用抗病育种和化学防治 2 种措施[2]ꎮ
但因稻瘟病菌生理小种变异快ꎬ易导致品种抗病性
丧失[3]ꎬ化学防治以其快速、高效等特点ꎬ仍然是
稻瘟病综合治理体系中重要的组成部分ꎬ尤其在病
害大流行或品种抗性丧失期间更显现出其不可替
代的作用ꎮ 目前ꎬ生产上用于防治稻瘟病的化学药
剂主要有稻瘟灵、异稻瘟净、春雷霉素、三环唑、肟
菌酯、烯肟菌胺、咪鲜胺和戊唑醇等[4]ꎮ 随着一些
杀菌剂的高频率、单一性连续重复使用ꎬ田间产生
了抗药性菌株并出现防治效果下降的现象ꎮ Miura
等[5]报道了日本山形县稻瘟病菌对春雷霉素产生
了抗药性ꎻPeng等[6]在 1990 年发现了异稻瘟净的
抗性菌株ꎬ其中部分抗性菌株同时对稻瘟灵产生了
抗性ꎻ三环唑对稻瘟病菌也出现田间防效下降的情
况[7]ꎻKim等[8]在田间发现了侵染黑麦草的稻瘟
病菌对嘧菌酯的抗性突变体ꎮ 但目前水稻生产上
未有稻瘟病菌对 QoIs杀菌剂抗药性的报道ꎮ
烯肟菌胺是我国沈阳化工研究院自主研制开
发的甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂ꎮ 该药剂具有杀菌
谱广、杀菌活性高、对环境生物友好等特点ꎬ兼有保
护和治疗作用ꎬ已经登记应用于稻瘟病、纹枯病、稻
曲病等多种水稻病害的防治[9]ꎮ 目前ꎬ有关稻瘟
病菌对烯肟菌胺的敏感性及交互抗药性方面的研
究仅有零星报道[10~11]ꎬ未见稻瘟病菌对烯肟菌胺
抗性风险评估及其抗性机制方面的研究报道ꎮ 因
此ꎬ本研究旨在明确稻瘟病菌对烯肟菌胺的室内抗
性风险ꎬ为指导田间科学施药ꎬ避免或延缓抗药性
的产生ꎬ延长该药剂的使用周期提供参考ꎻ揭示稻
瘟病菌对烯肟菌胺的抗性分子机制ꎬ并建立田间抗
性菌株的分子检测技术ꎬ为田间抗性快速监测提供
技术支持ꎮ
1  材料与方法
1.1  试验材料
1.1. 1   供试药剂   98%烯肟菌胺 (代号 SYP ̄
1620):由沈阳化工研究院提供ꎻ95%稻瘟灵( Iso ̄
prothiolane)、98%异稻瘟净( Iprobenfos)、95%嘧菌
酯(Azoxystrobin):由农业部农药检定所提供ꎻ水杨
肟酸(Salicylohydroxamic acidꎬSHAM):购于 SIG ̄
MA ̄ALDRICH公司ꎮ
1.1.2  供试菌株  稻瘟病菌(M. oryzae):于黑龙
江、江苏、湖南、云南、吉林和福建 6 省未施用过烯
肟菌胺和其他 QoIs杀菌剂的水稻栽培地区采集分
离ꎬ共 100株稻瘟病菌菌株ꎮ
1.1.3  供试培养基   马铃薯葡萄糖琼脂培养基
(PDA):马铃薯 200 gꎬ葡萄糖 18 gꎬ琼脂粉 14 gꎬ
加蒸馏水定容至 1 000 mLꎮ 高压蒸汽灭菌
(121℃)20 minꎬ用于病原菌的培养、保存以及敏感
性测定ꎮ 米糠培养基:米糠 20 gꎬ琼脂粉 14 gꎬ去离
子水 1 000 mLꎬ调节 pH 至 6. 0ꎮ 高压蒸汽灭菌
(121℃)20 minꎬ用于稻瘟病菌产孢ꎮ
1.1.4  供试生化试剂   胶回收试剂盒ꎬTaq DNA
聚合酶及其他 PCR试剂等ꎬ购自全式金生物公司ꎻ
连接克隆试剂盒ꎬ购自天根生化科技有限公司ꎮ
1.1.5  主要仪器   KQ ̄250DE 型数控超声波清洗
器ꎻKonkYo CN15 ̄T31 型显微镜ꎻ血球计数板ꎻ计
数器ꎻMyCyclerTMPCR仪ꎻSorvall Primo R离心机ꎻ
K308干式恒温器ꎮ
1.2  试验方法
1.2.1  稻瘟病菌对烯肟菌胺的敏感性测定  采用
菌丝生长速率法测定稻瘟病菌对烯肟菌胺的敏感
性ꎮ 将供试菌株接种在 PDA 培养基上于 25℃黑
暗培养 7 dꎬ用直径为 5 mm 的打孔器于菌落边缘
的同一圆周上打取菌饼ꎬ将菌饼接种到含有 150
18
 
植物病理学报 44卷
μg􀅰 mL-1 的水杨肟酸和烯肟菌胺系列浓度
(0􀆰 000ꎬ0.015ꎬ0.025ꎬ0.050ꎬ0.100 和 0􀆰 500 μg􀅰
mL-1)的 PDA 带药平板上ꎬ加入等体积的溶剂甲
醇作为对照ꎬ于 25℃下黑暗培养ꎬ7 d 后用十字交
叉法测量各处理的菌落直径ꎬ每处理重复 3次ꎮ 按
照下面公式求出各药剂浓度对菌丝生长的抑制百
分率(%)ꎮ
  生长抑制率(%)=对照菌落直径
-处理菌落直径
对照菌落直径-菌饼直径
×100%
以抑制率的几率值作为 Y 坐标ꎬ药剂浓度对
数作为 X坐标ꎬ求出毒力回归方程 Y=bX+a 和相
关系数( r)ꎬ计算药剂对病菌的抑制中浓度 EC50
(μg􀅰mL-1) [12]ꎮ
1.2.2  室内抗药性突变体诱导及筛选   (1)药剂
驯化 按照 Avila ̄adame等[13]的方法ꎮ 制备含有 10
μg􀅰mL-1烯肟菌胺和 150 μg􀅰mL-1 SHAM 的带
药平板(简称 SS 带药平板)ꎬ将稻瘟病菌接种在
SS带药平板上ꎬ25℃黑暗培养 10~15 d后ꎬ从已产
生黑色素的菌落上打取菌饼ꎬ接种到 SS 带药平板
上ꎬ培养 15~20 d后如发现带药平板上有突变菌落
形成ꎬ则定义为疑似突变体ꎮ 将疑似突变体接种到
无药 PDA 平板上ꎬ转代 3 次后打取菌饼继续转接
到 SS带药平板上ꎬ以亲本敏感菌株作为对照ꎬ如
果可形成明显大于亲本菌株的菌落ꎬ则该菌落为突
变体ꎮ
(2)自然筛选 将田间采集获得的稻瘟病菌菌
株在 PDA培养基上培养 7 dꎬ接种到 SS 带药平板
上ꎬ25℃黑暗培养 7 dꎬ如有菌株的菌丝生长速率明
显快于其他菌株ꎬ则为疑似突变体ꎮ 验证疑似突变
体方法同上ꎮ
(3)紫外诱导 将 100 μL 孢子悬浮液(浓度为
106 个分生孢子􀅰mL-1)均匀涂在 PDA培养基上ꎬ
用固定高度(20 cm)和固定强度的紫外灯ꎬ以 30 s
为间距设置时间梯度ꎬ进行紫外照射ꎮ 照射后置于
黑暗条件下 1 hꎬ防止光修复ꎮ 25℃黑暗培养 24 hꎬ
以未经紫外照射为对照ꎬ统计孢子萌发率ꎬ以矫正
孢子萌发率在 5%~10%为照射剂量进行后续突变
体筛选ꎮ 分生孢子经过紫外照射ꎬ在 25℃黑暗培
养 10 dꎬ如果有菌落长出ꎬ为疑似突变体ꎬ验证方法
同上ꎮ
1.2.3  抗药突变体的生物学性状研究   (1)抗药
突变体抗药稳定性 将抗药突变体及其亲本在 PDA
上培养 10 dꎬ待其长满皿后在菌落边缘打取菌饼ꎬ
接种到 PDA培养基上ꎬ连续 8次转代培养后ꎬ采用
菌丝生长速率法分别测定烯肟菌胺对第 1、5、8 代
供试菌株的 EC50ꎬ根据以下公式计算抗性水平( re ̄
sistance factorꎬRF)ꎬ分析抗性突变体在转代过程中
的抗药稳定性ꎮ
RF=
突变体的 EC50
亲本菌株的 EC50
(2)抗药突变体的生长速率 将突变体及其亲
本菌株接种于无药 PDA 平板上ꎬ25℃黑暗条件下
培养 7 dꎬ在菌落边缘同一圆周上打取菌饼ꎬ接种于
无药 PDA平板上ꎬ每个菌株 3次重复ꎬ25℃黑暗条
件下培养 12 dꎬ每隔 24 h 用十字交叉法测量各菌
株的菌落直径ꎮ
(3)抗药突变体的离体产孢能力 将突变体及
其亲本菌株接种至米糠培养基上ꎬ25℃条件下黑暗
培养 10 dꎬ用灭菌的毛笔刷掉菌丝ꎬ28℃黑光灯照
射 3 d诱导其产孢ꎮ 每皿加入 5 mL无菌水洗脱孢
子ꎬ震荡 30 sꎬ超声震荡 5 minꎬ用血球计数板计算
孢子浓度ꎬ每个菌株 3次重复ꎮ
(4)孢子萌发能力测定 将新制备好的孢子悬
浮液稀释到适当浓度(10×10倍镜下每个视野 50~
100个孢子)ꎬ每皿吸取 100 μL孢子悬浮液均匀涂
布于水琼脂平板上ꎬ培养 24 h 后在显微镜下观察
孢子的萌发数ꎬ每个处理观察 100 个孢子ꎬ计算萌
发率ꎬ每个菌株 3次重复ꎮ
(5)抗药突变体的致病力测定 制备抗药突变
体及其亲本的孢子悬浮液ꎬ浓度控制在 106 ~ 107
个􀅰mL-1ꎬ采用高压喷雾接菌ꎬ接种于 3 叶 1 心期
的水稻叶片上ꎬ水稻品种为 CO39 和丽江新团黑
谷ꎮ 接种后塑料薄膜保湿 48 hꎬ温度不低于 28℃ꎬ
保证一定的昼夜温差ꎮ 接菌 8 d 后ꎬ调查病情指
数ꎮ 病情分级标准采用全国统一分级标准(GB / T
15790 ̄2009)ꎮ
1.2.4  交互抗药性研究  选择对烯肟菌胺表现为
不同敏感性的稻瘟病菌ꎬ以及通过田间抗药性监测
获得的稻瘟灵和异稻瘟净的抗性菌株为材料ꎬ采用
菌丝生长速率法分别测定烯肟菌胺、稻瘟灵和异稻
瘟净对供试菌株的 EC50ꎻ测定嘧菌酯对烯肟菌胺
的高抗菌株及其亲本的 EC50ꎻ然后以烯肟菌胺对
供试菌株的 EC50的对数值为横坐标ꎬ以稻瘟灵、异
稻瘟净的 EC50对数值为纵坐标做图ꎬ通过秩相关
28
 
  1期     李波涛ꎬ等:水稻稻瘟病菌对烯肟菌胺的抗性风险评估及抗性机制初探
(spearman rank)方法分析各药剂之间是否存在的
交互抗药性ꎮ
1.2.5   水稻稻瘟菌 cytb 克隆及序列比对   采用
CTAB法[14]提取稻瘟病菌的基因组 DNAꎬ以此为
模板克隆 cytb 基因ꎮ 扩增引物参考 Wang[15]ꎬ前
引物 cytbF1: 5′ ̄GGCTGTCTATTGGTTTAAC ̄3′ꎻ
后引物 cytbR1:5′ ̄AGCAGGTGGAGGGTAAT ̄3′ꎮ
PCR扩增反应体系(25 μL):2.5 μL 10×Taq reac ̄
tion buffer ( 2. 5 μM)ꎬ 1. 5 μL dNTPs ( 10 mM
each)ꎬ0.5 μL cytbF1ꎬ0.5 μL cytbR1ꎬ1.0 μL DNA
模板ꎬ0􀆰 5 μL Taq DNA Polymerase(5 U􀅰μL-1)ꎬ
18.5 μL ddH2Oꎮ 反应条件:预变性 94℃ 4 minꎻ变
性 94℃ 30 sꎬ退火 55℃ 30 sꎬ延伸 72℃ 1 min(35
个循环)ꎻ延伸 72℃ 10 minꎮ 将 PCR 产物进行胶
回收、纯化ꎬ连接转化ꎬ测序ꎮ 用 DNAMAN软件进
行序列比对ꎮ 测序由北京三博远志生物技术有限
责任公司完成ꎮ
1.2.6  抗药性菌株等位特异性 PCR检测方法的建
立  采用等位特异性 PCR(AS ̄PCR)建立抗药性
菌株的分子检测方法ꎮ 根据突变位点的核苷酸序
列设计等位特异性引物ꎬ序列如下:cytb ASF:5′ ̄
AATTCTTACCTTATCGATGCG ̄3′ꎬ cytb ASR:5′ ̄
GATTAGTAATAACTGTAG CACT ̄3′ꎮ 以 cytbF1
和 cytbR1引物对的扩增结果为对照ꎮ PCR反应体
系及反应条件同上ꎮ 引物由北京三博远志生物技
术有限公司合成ꎮ
2  结果与分析
2.1  稻瘟病菌对烯肟菌胺的敏感基线建立
测定了来自 6 个主要水稻省区的 100 株稻瘟
病菌对烯肟菌胺的敏感性ꎬ其敏感性频率分布如图
1 所示ꎬ供试菌株对烯肟菌胺的敏感性呈连续变
化ꎬEC50值分布于 0.011 1 ~ 0.295 6 μg􀅰mL
-1ꎬ平
均 EC50 =(0.078 6±0.056 1) μg􀅰mL
-1ꎮ 100 株稻
瘟病菌的敏感性分布呈单侧峰曲线ꎬ表明田间高敏
感菌株为优势群体ꎬ且没有出现敏感性下降的抗药
性亚群体ꎬ可以将该曲线作为稻瘟病菌对烯肟菌胺
的敏感基线ꎬ用于田间抗性监测ꎮ
2.2  突变体的获得及抗性水平测定
通过药剂驯化获得了 7株抗药突变体(表 1)ꎬ
抗性频率为 1.11×10-4ꎬ而通过自然筛选和紫外诱
导均未获得抗药突变体ꎮ 其中ꎬ2 株突变体的抗性
水平均大于 1 000倍ꎬ表现为高抗药性水平ꎻ另外 5
株突变体抗性水平在 2.05~4.55 倍之间ꎬ表现为低
抗水平ꎮ
Fig. 1  Baseline sensitivity distribution of 100
isolates of Magnaporthe oryzae to
SYP ̄1620
2.3  突变体生物学性状研究
2.3.1  抗药稳定性   连续培养 8 代后ꎬ抗药突变
体的 EC50值和抗性水平均有不同程度的降低(表
1)ꎮ 其中ꎬ2 株高抗突变体仍表现出高抗药性水
平ꎬ而 5株低抗突变体均丧失了抗药性ꎬ对烯肟菌
胺表现为敏感ꎮ
2.3.2  抗药突变体及其亲本生存适合度比较研
究  抗药突变体及其亲本菌株的生物学性状测定
结果表明ꎬ抗药突变体与亲本菌株的离体产孢量和
孢子萌发率均没有显著性差异ꎻ除高抗突变体
NJ0811 ̄I 的菌丝生长速率显著低于亲本菌株
NJ0811外ꎬ其他突变体与其亲本菌株的生长速率
相当(表 2)ꎮ 致病力研究显示ꎬ2 株高抗突变体的
致病力显著弱于其亲本菌株ꎬ低抗突变体与亲本菌
株的致病力无显著性差异ꎮ 综合分析表明ꎬ2 株高
抗突变体的生存适合度显著低于其亲本菌株ꎬ在田
间引发抗性病害流行的风险较低ꎮ
2.4  交互抗药性结果
交互抗药性试验结果表明ꎬ稻瘟病菌对烯肟菌
胺产生抗药性后对嘧菌酯的敏感性也会显著下降ꎬ
即烯肟菌胺与嘧菌酯存在正交互抗药性(表 3ꎬ图
2)ꎮ
38
 
植物病理学报 44卷
Table 1  The stability of the resistant mutants of Magnaporthe oryzae to SYP ̄1620
Parent
isolate
EC50
(μg􀅰mL-1)
Resistant
mutant
1st generation 5th generation 8th generation
EC50
(μg􀅰mL-1)
RF
EC50
(μg􀅰mL-1)
RF
EC50
(μg􀅰mL-1)
RF
DW 0.023 7 A10 47.930 7 2 022.39 39.646 0 1 672.83 23.696 7 999.86
NJ0811 0.047 4 NJ0811 ̄I 53.952 9 1 138.25 37.116 5 783.05 35.870 9 756.77
HN9 0.019 8 HN9 C3I 0.040 6 2.05 0.020 8 1.05 - -
HN11 0.033 2 HN11 A3 0.076 1 2.29 0.042 1 1.27 - -
JL0809 0.035 2 JL0809 A 0.071 7 2.24 0.048 1 1.37 - -
JL0809 0.035 2 JL0809 B 0.077 4 2.20 0.042 3 1.20 - -
SH0801 0.026 7 SH0801 C3I 0.121 6 4.55 0.025 3 0.95 - -
Note:“-”means not determined.
Table 2  Fitness parameters of parent isolates and resistant mutants
of Magnaporthe oryzae to SYP ̄1620 a
Isolate
Fitness parameter
Colony diameter
(mm)
Spore production in vitro
(105 individual􀅰cm-2)
Percentage of spore
germination(%)
Disease index
CO39 lijiangxintuanheigu (LTH)
DW 68.8 2.0 95 8.5 63.7
A10 67.5 2.2 93 3.7 26.7∗
NJ0811 58.9 1.1 87 94.1 94.1
NJ0811 ̄I 53.8∗ 1.2 85 49.1∗ 60.0∗
HN9 67.0 3.2 91 82.2 93.3
HN9 C3I 65.8 3.3 93 85.9 94.8
HN11 69.5 3.1 87 91.8 92.6
HN11 A3 68.5 2.8 85 73.3 90.3
SH0801 65.8 1.3 88 71.1 94.1
SH0801 C3I 65.0 1.1 87 48.9 83.0
JL0809 52.3 1.1 89 49.6 78.5
JL0809 A 52.0 0.9 88 63.0 81.5
JL0809 B 54.0 1.1 87 42.2 77.0
Note: aꎬThe test was performed for each pair (group) of mutant (plain text) and parent (bold text) of M. oryzae at sig ̄
nificance level α= 0.05ꎻ ∗ indicates a significant difference.
Table 3  Sensitivities of SYP ̄1620 resistant mutants of Magnaporthe oryzae
and their parental isolates to SYP ̄1620 and Azoxystrobin
Isolate
EC50(μg􀅰mL
-1)
SYP ̄1620 Azoxystrobin
NJ0811 0.047 4 0.464 4
NJ0811 ̄I 53.952 9 57.576 1
DW 0.023 7 0.590 0
A10 47.930 7 70.472 5
48
 
  1期     李波涛ꎬ等:水稻稻瘟病菌对烯肟菌胺的抗性风险评估及抗性机制初探
Fig. 2  Coss ̄resistance between SYP ̄1620 and isoprothiolane(A)、iprobenfos(B)
进一步选择对烯肟菌胺表现为不同敏感性的稻瘟
病菌ꎬ以及稻瘟灵和异稻瘟净的抗性菌株进行了交
互抗药性测定ꎬ结果显示烯肟菌胺与稻瘟灵和异稻
瘟净之间的秩相关性分析 P>0.05ꎬ即不存在交互
抗药性ꎮ
2.5  抗感菌株 cytb基因序列比对结果
抗药突变体和其亲本菌株的 cytb 序列比对分
析表明ꎬ2株高抗突变体的 cytb 序列在 427 位发生
了单碱基突变ꎬ均由 G变成了 Aꎬ即导致氨基酸序
列第 143 位由 Gly(甘氨酸)突变成了 Ser(丝氨
酸)ꎬ而其余的 5株抗药性状不稳定的低抗突变体
均未发现点突变(图 3)ꎮ
2.6  AS ̄PCR方法检测结果
如图 4所示ꎬ采用引物 cytbF1 和 cytbR1ꎬ无论
是敏感菌株还是抗药突变体都能扩增出约 1 182
bp 的片段ꎻ采用等位特异性引物 cytbASF 和
cytbASRꎬ以抗药突变体 DNA 为模板可扩增出约
390 bp的特异性条带ꎬ而以敏感菌株 DNA 为模板
未扩增出任何条带ꎮ 表 明 引 物 cytbASF 和
cytbASR对发生 G143S 点突变的抗性菌株具有特
异性ꎬ可用于田间稻瘟病菌对烯肟菌胺产生高抗性
水平群体的抗性监测ꎮ
Fig. 3  Alignment of the CYTB sequence between resistant mutants
and parent isolates of Magnaporthe oryzae
58
 
植物病理学报 44卷
Fig. 4  Electrophoresis of PCR products of Magnaporthe oryzae
Note:S1、S2 represent parent isolates DW and NJ0811 ꎻ R1、R2 represent highly resistant mutants A10
and NJ0811 ̄I ꎻ M represents mark.
3  结论与讨论
敏感基线的建立是药剂 ̄病原菌互作中抗性风
险评估的一项基本内容ꎮ Russel 认为 50 个样本可
以反映一个地区的敏感性分布ꎬ而地理范围较大的
地域则需要更多不同空间分布的菌株[16]ꎮ 本研究
采用的稻瘟病菌样本量充足ꎬ覆盖了全国 6 个主要
的水稻产区ꎬ空间分布广ꎬ建立的敏感基线(EC50 =
(0.078 6±0.056 1) μg􀅰mL-1)范围包含辽宁等部
分地区的稻瘟病菌对烯肟菌胺的敏感性范围[10]ꎬ
更具有代表性ꎮ
已有研究显示ꎬQoIs 杀菌剂作用位点单一ꎬ田
间容易产生抗性菌株ꎬ因此国际杀菌剂抗药性行动
委员会 ( Fungicide Resistance Action Committeeꎬ
FRAC)将 QoIs 杀菌剂列为高抗药性风险的药
剂[16]ꎮ 而稻瘟病菌田间产孢量大ꎬ持续产孢时间
长ꎬ再侵染频繁[17]ꎬFRAC 将稻瘟病菌划分为高等
抗性风险的植物病原菌[16]ꎮ 因此 FRAC 认为稻瘟
病菌 ̄QoIs杀菌剂结合分析是高抗药性风险的组
合ꎮ 高霞等通过药剂驯化和紫外诱导 4 株敏感菌
株获得了 6株中抗菌株ꎬ推断烯肟菌胺对稻瘟病菌
是高等抗性风险[11]ꎮ 本研究通过药剂驯化获得了
7株抗药性突变体ꎬ抗性频率为 1.11×10-4ꎬ而通过
自然筛选和紫外诱导均未获得抗药突变体ꎮ 其中ꎬ
2株高抗突变体的致病力和生存适合度较亲本菌
株明显减弱ꎬ很难形成抗药亚群体ꎮ 而其余的 5 株
低抗菌株抗药稳定性差ꎬ经过 5 代培养后基本丧失
抗药性ꎮ 交互抗药性结果显示ꎬ烯肟菌胺与稻瘟灵
和异稻瘟净无交互抗药性ꎬ与嘧菌酯有交互抗药
性ꎮ Avila ̄adame 等[13]ꎬKim 等[8]ꎬMa 等[21]虽在
室内和田间分别获得了牛筋草和黑麦草上稻瘟病
菌对嘧菌酯的抗性菌株ꎬ但黑麦草稻瘟病菌抗性菌
株的适合度、竞争力低[21]ꎮ 而 Wei 等[22]对日本
813株水稻稻瘟病菌进行敏感性检测未发现有抗
性菌株ꎬ且国际上嘧菌酯等 QoIs 杀菌剂在生产中
使用了很多年ꎬ迄今还未有因水稻稻瘟病菌对嘧菌
酯等 QoIs杀菌剂产生抗药性而导致防效下降的报
道ꎮ 综合评估认为田间水稻稻瘟病菌对烯肟菌胺
可能存在低 ̄中等抗性风险ꎮ
国际上已有研究表明ꎬQoIs杀菌剂抗药性产生
的主要原因是靶标基因( cytb)的突变[8ꎬ18ꎬ19]ꎬ影响
药剂和靶标位点的结合ꎮ 而不同位点的氨基酸取
代表现出不同的抗性水平[20]ꎬ其中 F129L 点突变
会造成中等抗性[19ꎬ21]ꎬ而 Avila ̄adame 检测到抗嘧
菌酯的突变体突变位点为 G143A 和 G143S[13]ꎬ表
现为高抗ꎮ 本研究结果显示高抗菌株的 CYTB 发
生了 G143S的点突变ꎬ与已有研究结果一致ꎬ说明
G143S可能是稻瘟病菌对 QoIs杀菌剂烯肟菌胺的
主要抗性机制ꎮ 而 5 株低抗突变体的抗药稳定性
较差ꎬ推测可能是由于病原菌在药剂的选择压下暂
时表现出耐药性反应ꎬ亦或存在其他的抗性机制ꎬ
虽然抵抗菌株的抗药稳定性差ꎬ但生产中有可能在
高剂量药剂的选择压下进一步突变为高抗菌株ꎬ加
剧了稻瘟病菌的抗药性风险ꎮ 这需要进一步的田
间试验验证ꎮ 本研究基于靶标基因的突变位点建
68
 
  1期     李波涛ꎬ等:水稻稻瘟病菌对烯肟菌胺的抗性风险评估及抗性机制初探
立了 AS ̄PCR抗药突变体分子检测方法ꎬ为实时监
测田间高抗药性群体的发生和发展提供了理论依
据和技术支持ꎮ 但该方法只适用于 G143S 类型的
抗药菌株ꎬ因此ꎬ在田间病原菌抗药性的监测中应
该把传统的检测方法和分子检测方法相结合ꎮ
参考文献
[1]   Zhou G Z. Science and technology for social and eco ̄
nomic development: toward 21st century ( in Chinese)
[M] . Beijing:China Science and Technology Press(北
京:中国科学技术出版社)ꎬ 1999. 522.
[2]   Liu W QꎬLi X XꎬWang S Hꎬet al. Research progress
in blast resistance genes in rice ( in Chinese)[ J] . HY ̄
BRID RICE(杂交水稻)ꎬ 2009ꎬ 24(3): 1-7.
[3]   Hou M SꎬHuang J B. Plant Pathology in Agriculture
( in Chinese)[M] . Beijing:Science Press(北京:科学
出版社出版)ꎬ 2006. 2-8.
[4]   China Pesticide Information Network. ( 2012 ̄09 ̄16) .
http: / / www.chinapesticide.gov.cn / .
[5]   Miura HꎬKatagiri MꎬIto Hꎬet al. Mode of occurrence
of kasugamycin resistant rice fungus[J] . Ann. Phytop ̄
anthol. Soc. Jap.ꎬ 1971ꎬ 41: 117-123.
[6]   Peng Y LꎬChen G HꎬShen Y. Resistance to two fungi ̄
cides in Pyricularia Oryzae Cav. in sichuan province (in
Chinese) [ J] . Southwist China Jounal of Agricultural
Science(西南农业学报)ꎬ 1991ꎬ 4(3): 102-108.
[7]   Shen YꎬLiang T XꎬZhu P Lꎬet al. Resistance to tricy ̄
clazole in Pyricularia Oryzae Cavara  ̄ ̄Generational in ̄
duced strain of separation and the comparison of the
pathogenicity ( in Chinese)[ J] . Plant Protection(植物
保护)ꎬ 1993ꎬ 19(3): 4-5.
[8]   Kim Y SꎬDixon E WꎬVincelli Pꎬet al. Field resistance
to strobilruin ( QoI ) fungicides in Pyricularia grisea
caused by mutations in the mitochondrial cytochrome b
gene[J] . Phytopathologyꎬ 2003ꎬ 93(7) : 891-900.
[9]   Si N GꎬLiu J LꎬLang Z Gꎬet al. The application tech ̄
nology of new fungicide SYP ̄1620 ( in Chinese) [ J] .
Moden Agriculture(新农业)ꎬ 2010ꎬ (1): 46-47.
[10] Gao Xꎬ Ji M SꎬLiu Z Hꎬ et al. Sensitive baseline of
Magnaporthe grisea to SYP ̄1620 ( in Chinese) [ J] .
Agrochemicals(农药)ꎬ 2009ꎬ 48(11): 480-482.
[11] Gao Xꎬ Liu J Lꎬ Si N G. Resistance induction of
Magnaporthe grisea to SYP ̄1620 and cross ̄resistance
( in Chinese) [ J] . Agrochemicals (农药)ꎬ 2010ꎬ 49
(3): 213-215.
[12] Huang Z X. Plant chemical protection experiment guid ̄
ance ( in Chinese) [M] . Beijing:Agriculture Press(北
京:农业出版社)ꎬ 1993. 103.
[13] Avila ̄adame CꎬKöller W. Characterization of spontane ̄
ous mutants of Magnaporthe oryzae expressing stable
resistance to the Qo ̄inhibiting fungicide azoxystrobin
[J] . Curr. Genet.ꎬ 2003ꎬ 42: 332-338.
[14] Mcgarvey PꎬKaper J M. A simple and rapid method for
screening transgenic plants using the PCR[J] . Biotech ̄
niquesꎬ1991ꎬ11(4):428-432.
[15] Wang H Q. Study on the antifungal activityꎬ
uptake&transportation and resistance mechanisms of six
QoI fungicides ( in Chinese)[D] . Beijing:China Agri ̄
cultural University(北京:中国农业大学) . 2009.
[16] Russell P E. Sensitivity baseline in fungicide resistance
research and management[M] . FRAC Monogr. No. 3ꎬ
Brussels:Crop Life Internationalꎬ 2004.
[17] Skamnioti PꎬGurr S J. Against the grain:safeguarding
rice from rice blast disease[J] . Trends in Biotechnolo ̄
gyꎬ 2009ꎬ 27(3): 141-150.
[18] Gisi UꎬSierotzki HꎬCook Aꎬet al. Mechanisms influen ̄
cing the evolution of resistance to Qo inhibitor fungi ̄
cides[J] . Pest Manag. Sci.ꎬ 2002ꎬ 58(9): 859-867.
[19] Figher NꎬBrown A CꎬSexton Gꎬet al. Modeling the Qo
site of crop pathogens in Saccharomyces cervisiae cyto ̄
chrome b [ J] . Eur. J. Biochem.ꎬ 2004ꎬ 271 ( 11):
2264-2271.
[20] Sierotzki HꎬParis SꎬSteinfeld Uꎬet al. Mode of resist ̄
ance to respiration inhibitors at the cytochrome bc1 en ̄
zyme complex of Mycosphaerella fijensis field isolates
[J] . Pest. Manag. Sci.ꎬ 2000ꎬ 56: 833-841.
[21] Ma B.ꎬUddin W. Fitness and competitive ability of an
azoxystrobin ̄resistant G143A mutant of Magnaporthe
oryzae from perennial ryegrass[ J] . Plant Dis.ꎬ 2009ꎬ
93: 1044-1049.
[22] Wei C ZꎬKatoh HꎬNishimura Kꎬ et al. Site ̄directed
mutagenesis of the cytochrome b gene and development
of diagnostic methods for identifying QoI resistance of
rice blast fungus [ J] . Pest Manag. Sci.ꎬ 2009ꎬ 65
(12): 1344-1351.
责任编辑:张宗英
78