SDHIs和QoIs杀菌剂抗性研究进展.docx

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1、使用化学杀菌剂是防治农作物病害的重要措施之一,极大地保障了农作物高产、稳产。随着科学技术的进步，杀菌剂逐渐从单一的多作用位点杀菌剂发展为高效选择性杀菌剂，琥珀酸脱氢酶抑制剂（SDHIs）和甲氧基丙烯酸酯类（QoIs）杀菌剂是目前市面上使用体量较大的选择性杀菌剂，但是随着药剂使用时间、范围、频率的不断增加，杀菌剂抗药性问题也变得越来越普遍和严重，常突发性暴发导致防治失败，造成农作物减产、减质，极大地增加了有害生物的防治难度。本文结合国内外杀菌剂抗性进展，详细介绍了SDHI和QoIs2类药剂的抗性发生现状和抗性机制，并总结了抗药性监测手段，提出了抗药性治理建议，旨在为我国有害生物科学防控、杀菌剂抗

2、性治理提供理论参考。01、杀菌剂抗性发生现状1.1 琥珀酸脱氢酶抑制剂类琥珀酸脱氢酶抑制剂（SDHIs）类杀菌剂在分子上均有（苯）酰胺结构，故又名酰胺类杀菌剂，是杀菌剂抗性行动委员会（FRAC）于2009年划分出来的一类作用机制和抗性机理相似的化合物。该类杀菌剂作用机制为抑制病原菌线粒体呼吸电子传递链和三羚酸循环中琥珀酸脱氢酶活性，干扰呼吸作用，阻碍能量产生，从而杀死病原菌。最早的SDHIs杀菌剂萎锈灵于19世纪60年代上市，主要用于防治谷类作物锈病和黑粉病等担子菌病害,因其易氧化和光解，多用于种子处理囚。直到2003年，巴斯夫公司创制出第一个能够用于喷雾和具有广谱杀菌活性的杀菌剂碇酰菌胺2,

3、推动了SDHIs类杀菌剂的快速发展。目前，一系列新型SDHIs,如氟叱菌酰胺、异丙嚷菌胺、氟嗖菌酰羟胺和联苯口比嗪菌胺等，已被广泛用于防治多种作物白粉病、叶斑病、菌核病、灰霉病、赤霉病等真菌病害。其中氟叱菌酰胺还可通过土壤处理防治多种作物根结线虫病。SDHIs药剂均含有酰胺基(-CONH-)基团,相似的化学结构也决定了该类药剂作用机理相似与作用靶标琥珀酸脱氢酶单位点结合，靶标位点突变即可产生抗药性。19世纪90年代，1eroux3研究报道了生产上首例真菌褐黑粉菌(USti1agonuda)对萎锈灵产生了抗药性。在陡酰菌胺上市4年后Zhang等2报道了田间和实验室灰霉病菌(Botrytiscin

4、erea)对陡酰菌胺产生了抗药性。随着田间用药的增加，抗性问题也日益突出。灰霉病菌对SDHIs的抗性问题呈高发趋势，Hu等4发现田间分离的草莓灰霉菌株对陡酰菌胺、氟叱菌酰胺、氟嘤菌酰胺和毗口塞菌胺的抗性频率在3年内分别增加至30.0%、1.0%、5.5%和7.4%o除了灰霉病菌以外，多种田间病原菌也对该类药剂产生抗性，如桃褐腐病菌5、黄瓜白粉病菌均对碇酰菌胺产生抗性,大麦网班病菌对大多数SDHIs药剂产生抗性7,以及杀菌剂抗性行动委员会(FRAC)报道田间发现大豆锈病、油菜菌核、大麦叶斑抗性菌株等。除抗性发生频率外，抗性菌株生物活性、适合度和药剂交互抗性数据对后续用药也具有重要指导意义，如发现

5、核盘菌的咤酰菌胺抗性菌株适合度降低，且与萎锈灵存在正交互抗性8,则萎锈灵抗性菌株不可使用陡酰菌胺防治。FRAC基于不同的SDH1交互抗性模式、抗药性变异频率、抗药性水平及适合度等因素，评估SDHIs的抗药性风险为中等至高等。因此，随着SDHIs药剂的使用时间延长和应用规模扩大，抗性问题也将进一步加重。1.2 甲氧基丙烯酸酯抑制剂类甲氧基丙烯酸酯抑制剂（QoIs）类杀菌剂作用于呼吸链复合物HI细胞色素氧化酶bc1复合物（泛醍氧化酶）外侧，杀菌基团是其分子上的甲氧基丙烯酸酯活性基团。该类化合物抗菌谱广，对半知菌、子囊菌、担子菌和卵菌都有较好的抗菌活性。19世纪90年代,喀菌酯和醛菌酯进入市场，随后

6、胎菌酯、陡氧菌酯、口比嗖酸菌酯相继上市。由于作用方式单一，QoIs极易产生抗药性。QoIs上市2年后，德国北部地区发现小麦白粉病菌对酸菌酯产生抗性9,且抗性发展较快。此后，小麦赤霉病、白粉病、叶枯病，大麦网斑病，水稻纹枯病、稻瘟病，大豆褐斑等多种作物病害对该类药剂表现出抗性10。在瓜果类作物中，霜霉病抗性问题比较严重。Qo1S类杀菌剂在法国和意大利上市4年后即检测到葡萄霜霉菌株对其产生抗性11。随着用药的不断增加，葡萄霜霉病对QoIs类杀菌剂已经发展出严重抗性，美国佐治亚州3个葡萄园39株葡萄霜霉菌株全部表现出抗性12。随着药剂的不断扩大使用，瓜类白粉病、果树黑星病、瓜果炭疽病等病原菌也对QO

7、IS产生抗性。研究发现,苹果黑星病菌对嗜菌酯产生了严重抗性,抗性频率为96.4%13o中国不同地区162株黄瓜靶斑病菌对叱嘤醛菌酯均已产生较高抗性，且抗性菌株适合度比敏感菌株更高14。温室中采集到的黄瓜褐斑病菌对QoIs类杀菌剂的抗性高达100%且对6种QoIS药剂表现出较强的正交互抗性15。不同的是，经过多年的使用，Q。IS类杀菌剂在田间锈病病菌中极少未进化出抗药性，原因是锈病抗性菌株发生氨基酸突变后适合度大大降低，不能在田间形成抗性群体。结合抗性产生和发展情况，FRAC将QoIS杀菌剂归类为高抗性风险杀菌剂。02、杀菌剂的抗性机制2.1 琥珀酸脱氢酶类抑制剂SDHIs药剂的作用靶标为病原菌

8、呼吸作用电子传递链上的复合体,由黄素蛋白(FP,SdhA)、铁硫蛋白(Ip,SdhB)和另外2种嵌膜蛋白(SdhC和SdhD)等4个亚基组成。目前,研究发现病原菌对SDHIs产生抗性主要是因为靶标复合物发生氨基酸突变。药靶蛋白发生氨基酸突变后，与药剂的结合受阻，亲和力降低，从而使药剂丧失杀菌作用。其中,大多数突变发生于SdhBxSdhC和SdhD,发生于SdhA的突变极少，具体可见表Ie灰霉病菌发生SdhB-P2251xSdhC-G85A和I93V点突变后，对氟嚏菌酰羟胺产生抗性16o据统计,灰霉病菌SdhB亚基中与SDHIs抗性有关的突变为P225F1TH.N230IxH272RY1V17,

9、SdhD亚基中为H132R18286株链格抱霉对陡酰菌胺的抗性菌株基因中有11种突变，80%为SdhB的氨基酸突变(7种：H277YR1,P230AR,N235D/T),其余为SdhC(1种：H134R)、SdhD(3种:D123E,H133RP)19o西瓜蔓枯病菌的氟嘤菌酰羟胺抗性菌株同样为SdhB(H277Y)突变22。有趣的是，同一种氨基酸突变会对不同的SDHI类药剂产生不同的效果，如灰霉病菌SdhB(H272Rgt除氟叱菌酰胺外的所有SDHIs均产生抗性,SdhB(H272Y)则产生氟毗菌酰胺超敏反应24。这可能是因为不同的药剂化学基团不同，药靶氨基酸突变后与药剂的结合模式差异较大，从

10、而产生了截然不同的抗性结果。此外，发生在不同的真菌物种中的同源氨基酸突变也会产生不同的影响,如M.graminico1a的P220位点突变和B.Cinerea的P225位点突变25。ISDHk景桐演传候H基臾变奥金KA突受英M羊*利5B-1122S1.SdhCXjBSA.193VWWW”6SdhHP22STF.NZMIIinSdbB-IC1ZRKf1t茜肢.专济&.d商朦U刀SdMMn火RAK(11ttKWHMmM!C777K.PZMK.KZJSDfT,SdbC-IIIMR.SMK.HIS2*,116IS.T7W2XM.SDi29Eve*AK.R*ftK.MnA*K.9APH小女时忸肉MXvf

11、aSdB-S22iP.H267F71Nf.CCffVS4D129EFftftH.4.SyJttAK.MarSdB1C4SYR口SdK-MF口”除了氨基酸突变以外，靶标的遗传分化也会导致药剂抗性。赤霉病菌存在2个SdhC的遗传分化，降低了对SDHIs的敏感性。除赤霉病菌外，小麦叶枯病菌分化出一个SdhC的同源基因a1t-SDHC,该基因介导了对氟陛菌酰羟胺、氟口比菌酰胺等SHA-SDHIs亚类杀菌剂的天然抗性。AIt-SDHC与其他3个SDH亚基结合可产生功能齐全的酶，其蛋白中的独特QP位残基赋予了SHA-SDH1抗性。欧洲小麦叶枯病菌群体中20%30%菌株存在a1t-Sdhc基因,且该基因的表

12、达水平、剪切效率可直接影响菌株对氟嘤菌酰羟胺等药剂的抗性水平，这种现象表明了靶标的分化对药剂抗性的重要影响作用26。2.2 甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂QoIs和SDHIs同属于呼吸抑制剂，均结合于线粒体呼吸作用电子传递链上的复合物，但QoIs主要结合于复合物DI中细胞色素b（Cytb）的Q。位点，从而抑制氢醍与Qo位点的结合，中断复合物In的电子传递，使病原菌不能产生ATP,进而造成能量代谢紊乱2刀。细胞色素b由线粒体DNA编码，容易发生氨基酸突变产生抗药性。已报道的病原菌对该类杀菌剂的抗性突变类型是G143A、F1291和G137R,表2统计了常见病原菌的抗性突变类型。第一种，G143A为核甘酸

13、密码子由GGT突变为GCT,丙氨酸取代甘氨酸，药剂与靶标的结合能力受到较大影响,因此产生了高水平抗药性。G143A在田间抗性菌株中十分常见，像苹果黑星病菌27株抗性菌株均为G143A点突变13,黄瓜靶斑病菌162株抗性菌株中均检测到了G143A点突变14G143A引发的抗性倍数可高达数百倍,大大影响了QoIs单剂在田间的药效30。菜豆锈菌等143位密码子后存在内含子，突变后抗性菌株不能在田间生存，因此很少有高水平抗药性发生31。灰霉病菌存在143位密码子后包含和不包含内含子2种基因型,在QoIs药剂广泛使用后，自然界形成了G143A高水平抗药性基因型病原菌群体32。第二种,苯丙氨酸转变为亮氨酸

14、（F1291）使得Cytb空间上更靠近血红素b1,干扰QoIs杀菌剂毒性基团发挥作用，进而产生高水平抗性，但抗药性水平略低于G143AoF1291抗药性变异对致病性的影响比较大28。第三种，甘氨酸被精氨酸取代（G137R）产生的抗性多为低抗和中抗，且抗性变异的适合度代价较大，难以在田间存活。除氨基酸突变外，旁路氧化途径（又名替代氧化途径）也是导致QoIs产生抗性的重要原因之一。旁路氧化途径指的是电子从NADH经FMN.Fe-SsUQ、FP,由旁路氧化酶（AOX）传至氧，该过程不经过复合物I0很多真菌的AOX为诱导表达型，即正常条件下表达水平很低或者不表达，但如果以细胞色素为介导的呼吸途径被阻断或线粒体蛋白的合成受到抑制，AOX则会被诱导表达27。口密菌酯、胎菌酯都可激活甜橙炭疽病菌的旁路氧化途径,从而导致抗性增加33。旁路氧化途径合成的ATP只是经过复合物III合成能量的40%,因此通过增加旁路氧化酶活性而表现抗药性的菌株适合度低，不是生产实际中产生抗药性的主要机制。2QOh来铜标惨蓄煤气基突夏典0MJCiAM类Gt*羊K1ifiVrntnnaii“*3GI4JABGI4M(M1大堂IaM1*ArwwrfAnrwrrrF1291大,复MK磷/P-FI2.GI37K曾荚大立讨箴场Phhtarptr1nrhidFI291QOi突泉备制(29)03、杀菌剂的抗药性监测目前，化学防治仍