2024年4月10日，国际学术期刊Plant Biotechnology Journal在线发表了华中农业大学小麦团队在抗赤霉病毒素积累方面的最新研究成果（Detoxifying bacterial genes for deoxynivalenol epimerization confer durable resistance to Fusarium head blight in wheat）。

该研究针对小麦赤霉病大流行及其造成的严重真菌毒素污染问题，以及小麦抗赤霉病种质资源匮乏现状，通过在微生物中鉴定赤霉病毒素高效脱毒代谢路径，并利用遗传转化、分子生物学、生物化学等方法，解析微生物来源的毒素脱毒基因显著提高小麦抗赤霉病毒素积累的作用及机制，为小麦抗赤霉病毒素生物育种及毒素源头防控提供了新的基因资源和更有效的策略。

赤霉病是由病原镰刀菌引起的全球性真菌病害，是目前影响我国小麦高产稳产的首要病害。小麦中抗赤霉病种质资源匮乏，抗病机理复杂，严重阻碍了抗病育种进程。赤霉病的大流行，不仅造成粮食减产，同时导致严重的镰刀菌毒素污染问题，威胁食品和饲料安全。已知的小麦赤霉病菌，都能产生对人、畜有毒的镰刀菌毒素。其中，脱氧雪腐镰刀菌烯醇（Deoxynivalenol，DON），俗称呕吐毒素，是小麦及其制品中最主要的真菌毒素。基于酶催化的C3-异构化是目前已知消除DON毒素危害最为彻底的方式。同时，DON毒素作为关键毒力因子，是镰刀菌在小麦中扩展性侵染所必须的。因此，DON 毒素可作为控制赤霉病的关键靶点，而毒素脱毒基因是具有直接应用价值的抗赤霉病基因资源。

该研究首先通过对高效脱毒菌Devosia sp. D6-9基因组分析，鉴定了参与DON毒素异构化脱毒的完整代谢路径。通过计算机模拟和位点突变，揭示了脱毒酶通过严格立体选择实现DON异构化的潜在分子机制。毒性分析结果表明，DON毒素异构化脱毒产物3-异构-DON对小麦没有明显毒性，且不能作为毒力因子促进镰刀菌在小麦中的扩展。

进一步研究发现，在小麦中同时表达细菌中参与异构化脱毒两步反应的基因，能够显著提高小麦抗赤霉病扩展和抗毒素积累的能力，连续多代的温室和田间抗性鉴定结果一致，且没有影响受体品种农艺性状。生物学和化学实验证据表明，细菌脱毒基因赋予了小麦通过异构化脱毒DON毒素的能力，从而减少了DON毒素在植株中的积累，相应减缓了镰刀菌在植株中的扩展蔓延，使植株表现出赤霉病抗性（见下图所示）。

A，脱毒菌中DON毒素异构化代谢路径；B，异构化脱毒消除了DON毒素的毒性及其作为毒力因子的作用；C，异构化脱毒基因通过增强小麦抗毒素积累和抗扩展能力提高赤霉病抗性。

华中农业大学植物科学技术学院博士后何伟杰博士为第一作者，张静柏副教授为通讯作者，廖玉才教授和讲座教授武爱波研究员等参与了该研究。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和湖北洪山实验室等项目的资助。

原文链接：

http://doi.org/10.1111/pbi.14353

文章来源：植物生物技术Pbj