氟吡菌酰胺表现独特!20多种病原菌对SDHIs产生抗性
发布日期:2022-11-02 作者:江苏省国语自产精品视频在线完整版协会 国语自产精品视频在线完整版资讯网 柏亚罗

 

       尽管琥珀酸脱氢酶抑制剂(SDHI)类杀菌剂对许多病原菌具有很高的杀菌活性,但由于该类药剂作用位点单一,且靶标蛋白存在较高的变异性,因此,国际杀菌剂抗性行动委员会(FRAC)将SDHI类杀菌剂归为中等至高抗性风险药剂,且它们属于同一交互抗性组。

       早在1970年,就有文献报道了首例对SDHI类杀菌剂产生抗性的真菌突变体;2007年,Avenot等报道了美国加州开心果链格孢菌(Alternaria alternata)菌株对啶酰菌胺的抗性……

       随着SDHI类杀菌剂的长期、广泛、频繁使用,其抗性问题日益凸显,甚至有些品种可能还未上市便已产生抗性。因此,抗药性研究是延缓SDHI类杀菌剂抗性发展及研发新产品的重要基础。

20多种病原菌已对SDHI类杀菌剂产生抗性

       琥珀酸脱氢酶(SDH)即线粒体复合体Ⅱ,由4个亚基(SDHA、SDHB、SDHC、SDHD)组成,在SDH基因中,病原菌靶标位点因基因突变而产生抗性。FRAC及全球许多研究机构持续开展病原菌对SDHIs的敏感基线研究及抗性监测。无论在实验室诱变,还是在田间研究中,都已检测到多个靶标位点的突变。

       根据相关的研究报道及FRAC的统计结果,目前,已经有20多种病原菌对SDHIs产生了抗性,其中有18种在田病原菌产生了抗性。

表1  对SDHI类杀菌剂产生抗性的病原菌及抗性突变位点

病原菌

报道寄主

涉及药剂

来源

抗性突变位点

黑粉菌

(Ustilago maydis)

玉米

萎锈灵

实验室

B-H257L

叶枯病菌

(Mycosphaerella graminicola)

小麦

萎锈灵、SDHIs

实验室

B-H267Y/R/L、B-I269V、 C-H152R、C-N86K、 D-H139E

米曲霉菌

(Aspergillus oryzae)

花生

萎锈灵

实验室

B-H249Y/L/N、C-T90I、D-D124E

灰葡萄孢菌

(Botrytis cinerea)

不同寄主

啶酰菌胺

实验室、大田

B-P225L/T/F、B-H272Y/R/L、B-N230I、D-H132R

灰葡萄孢菌

(Botrytis cinerea)

番茄、草莓、苹果

SDHIs

大田

B-P225L/T/F、B-N230I、B-H272Y/R/L/V、C-A85V、C-G85A&I93V&M158V&V168I、C-G37S、C-I93V、C-I79V&G85A&L151I、D-H132R

灰霉病菌/椭圆葡萄孢菌

(Botrytis elliptica)

百合花

SDHIs

大田

B-H272Y/R

链格孢菌

(Alternaria alternata)

开心果

啶酰菌胺、SDHIs

大田

B-H277Y/R、C-H134R、D-D123E、D-H133R

茄链格孢菌/链格孢菌

(Alternaria solani, Alternaria alternata)

马铃薯

SDHIs

大田

B-H278R/Y、C-H134R/Q、D-D123E、D-H133R

多主棒孢霉

(Corynespora cassiicola)

葫芦、黄瓜

啶酰菌胺、SDHIs

大田

B-H278Y/R、B-I280V、C-S73P/L、C-N75S、C-H134R、D-S89P、D-95E、D-G109V

蔓枯病菌

(Didymella bryoniae)

葫芦

啶酰菌胺、吡噻菌胺、氟吡菌酰胺、SDHIs

大田

B-H277R/Y

叉丝单囊壳白粉菌

(Podosphaera xanthii)

葫芦

SDHIs

大田

B-H243Y、B-H->Y (homologous to H272 in B. cinerea)

葡柄霉菌

(Stemphylium botryosum)

芦笋

SDHIs

大田

B-P225L、H272Y/R

亚洲镰刀菌

(Fusarium asiaticum)

小麦

氟唑菌酰羟胺

实验室

B-H248Y、C1a-A64V、C1a-R67K

禾谷镰刀菌

(Fusarium graminearum)

小麦

氟唑菌酰羟胺

大田

C1a-A78V

立枯丝核菌

(Rhizoctonia solani)

小麦

噻呋酰胺

实验室

B-H246Y、C-H139Y、D-H116Y

叶枯病菌/壳针孢菌

(Zymoseptoria tritici)

小麦

萎锈灵、SDHIs

实验室

B-D166G、B-N225I、B-H267Y/R/L、B-I269V、B-S221P、 C-T79N、C-T79I、C-A84V、C-N86K、C-G90R、C-H152R、D-H129E、D-D129E/G

叶枯病菌/壳针孢菌

(Zymoseptoria tritici)

小麦

SDHIs

大田

B-N225I、B-N225T、B-R265P、B-T268I/A、C-T79N/I、C-W80S、C-N86S/A、C-H152R、C-R151S/T/M、C-V166M、C-T168R、D-I50F、D-M114V、D-D129G

网斑病菌

(Pyrenophora teres)

大麦

SDHIs

大田

B-H277Y、C-N75S、C-G79R、C-H134R、C-S135R、D-D124N/E、D-H134R、D-D145G

柱隔孢菌

(Ramularia collo-cygni)

大麦

SDHIs

大田

B-N224T、B-T267I、C-N87S、C-G91R、C-H146R/L、C-H153R、 C-G171D

核盘菌/菌核菌

(Sclerotinia sclerotiorum)

油菜

啶酰菌胺、SDHIs

实验室

B-A11V、B-P226L

核盘菌/菌核菌

(Sclerotinia sclerotiorum)

油菜

SDHIs

大田

B-H273Y、C-G91R、C-H146R、C-G150R、D-T108K、D-H132R

葡萄钩丝壳菌/葡萄白粉病菌

(Erysiphe necator)

葡萄

SDHIs

大田

B-H242R/Y、B-I244V、C-G169D/S

黄花菜匍柄霉菌

(Stemphylium vesicarium)

芦笋

SDHIs

大田

B-P225L、H272Y/R

苹果黑星菌

(Venturia inaequalis)

苹果

SDHIs

大田

B-T253I、C-H151R

小麦纹枯病菌

(Rhizoctonia cerealis)

小麦

SDHIs

实验室

B-H246Y、C-H139Y、D-H116Y

草坪草币斑病菌

(Sclerotinia homoeocarpa)

冷季型草坪

SDHIs

大田

B-H267Y、C-G91R、C-150R

注:a,由于小麦赤霉病菌种存在两个SDHC 亚基基因,以C1,C2 区分。

       表1涉及的有效成分包括:萎锈灵、啶酰菌胺、吡噻菌胺、氟吡菌酰胺、噻呋酰胺、氟唑菌酰羟胺等。其中,关于萎锈灵、啶酰菌胺的抗性报道较多,这可能与它们的使用时间较长、使用频次较多有关。

       研究发现,病原菌对SDHI类杀菌剂的抗性主要由SDH亚基上氨基酸突变所致。突变后的氨基酸降低了药剂与琥珀酸脱氢酶的结合能力,这也是抗性产生的主要原因。

       这些抗性菌株的主要突变位点集中在SDHB、SDHC、SDHD等3个亚基上,尚未发现SDHA亚基发生抗药性突变。大多数病原菌的田间抗性种群的SDH基因突变位点不止1个,但很少在同一突变体上检测到多个位点同时发生突变。

       目前,田间菌株对SDHIs的抗性主要由SDHB亚基突变所致。如灰霉病菌SDHB亚基上发生的P225L/F/T、N230I、H272L/R/Y等突变,导致灰霉病菌对啶酰菌胺产生不同水平的抗性。其中,H272L点突变的灰霉病菌对啶酰菌胺表现高水平抗性,但对其他SDHIs表现低到中等水平抗性;N230I点突变的灰霉病菌对啶酰菌胺、氟吡菌酰胺、氟唑菌酰胺表现中等抗性,对吡唑萘菌胺、联苯吡菌胺、萎锈灵等表现低水平抗性。

       基因测序表明,灰葡萄孢对啶酰菌胺、异丙噻菌胺、氟吡菌酰胺、氟唑菌酰胺、吡噻菌胺产生抗性是由于SDHB亚基上H272Y、H272R、H272L、P225F、P225L、P225T、N230I等基因发生了突变,西瓜蔓枯病菌(Didymella bryoniae)对啶酰菌胺、氟吡菌酰胺产生抗性,也是由于B-H272R、B-H272Y等基因发生了突变。

       目前,SDHB亚基突变引起多种病菌[如链格孢菌(Alternaria alternata、Alternaria solani)、多主棒孢(Corynespora cassiicola)、蔓枯病菌(Didymella bryoniae)、瓜类白粉病菌(Podosphaera xanthii)、核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)、黄花菜匍柄霉菌(Stemphylium vesicarium)等]对SDHIs产生了抗药性。

       除SDHB亚基发生突变外,SDHC、SDHD亚基上的突变同样引起SDHIs抗性问题。苹果黑星病菌(Venturia inaequalis)SDHC亚基上发生H151R突变,导致病菌产生抗药性;引起小麦赤霉病的禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)对氟唑菌酰羟胺产生抗性,是由于SDHC亚基上发生了R86H、R86C、A83V等突变。番茄早疫病菌(Alternaria solani)SDHD亚基上发生H133R突变,引起病菌对SDHIs的抗性。

       黄瓜棒孢叶斑病菌对SDHIs产生抗性不仅在SDHB、SDHC、SDHD亚基上发生了单突变,并且有的菌株发生了双突变,如B-I280V&C-S73P、B-I280V&C-N75S、C-S73P&C-N75S等。

       虽然报道的SDHIs抗性菌株突变发生在SDHB亚基上的居多,但SDHC、SDHD 2个亚基上的突变也不容忽视,它们甚至会导致高抗菌株的出现。

       Pearce等研究了除虫菊褐斑病菌(Didymella tanaceti)对啶酰菌胺的敏感性和抗药性,对敏感菌株和抗性菌株的SDHB、SDHC、SDHD亚基进行测序,带有SDHB-I279V、SDHC-H134Q、SDHD-D112E突变位点的菌株表现出中等抗性(10<RF<100),带有SDHC-H134R突变位点的菌株表现出非常高的抗性(RF<1,000)。

最新发现有些药剂间无交互抗性

       SDHI类杀菌剂种类多,化学结构差异大,尽管FRAC给予这些杀菌剂相同的抗性分类编码(#7),属于同一交互抗性组,但目前已经发现,一些病原菌对新型桥链杂环酰胺结构的SDHI类杀菌剂(stretch heterocycle amide SDHIs, SHA-SDHI;如氟吡菌酰胺、异丙噻菌胺等)和普通SDHIs并无交互抗性。

       Yamashita等在欧洲采集的田间小麦壳针孢病原菌(Zymoseptoria tritici)群体中发现了可以稳定遗传的抗药性菌株,但在其SDHA、SDHB、SDHC、SDHD亚基上并未检测到抗药性突变位点。在交互抗性测定中发现,此种抗性仅仅存在于包括氟吡菌酰胺、异丙噻菌胺在内的部分SHA-SDHI杀菌剂,而对联苯吡菌胺、氟唑菌酰胺等普通SDHIs无正交互抗性。这一发现,引起了人们对SDHIs抗性的深入思考与探究。

       周明国团队研究发现,从黄瓜上分离的多主棒孢(Corynespora cassiicola)发生SDHB-H278R点突变导致对啶酰菌胺产生抗药性,但对氟吡菌酰胺不存在交互抗性。张晓珂等发现,在灰霉病菌中,氟吡菌酰胺与啶酰菌胺之间无交互抗性。Ishii等发现,在多主棒孢(Corynespora cassiicola)、瓜类白粉病菌(Podosphaera xanthii)中,啶酰菌胺、吡噻菌胺抗性菌株对氟吡菌酰胺未表现出交互抗性。这些研究结果表明,病原菌对SHA-SDHIs与普通SDHIs的抗性机制存在差异。

       研究发现,SDHC亚基可遗传分化为多个亚型,且调控着对SDHIs的药敏性。其中,SDHC3的存在仅对SHA-SDHI杀菌剂表现抗性,对其他非SHA-SDHI杀菌剂并未表现出抗性,点突变策略和分子对接也进一步证实了SDHC3为SHA-SDHIs的药剂靶标。这一发现从分子角度揭示了“药-靶”互作机理,丰富了当前SDHIs的抗性机理研究。

       阎昱韬报道了多主棒孢(Corynespora cassiicola)在同源位置发生突变,SDHB-H278Y、SDHB-H278R突变体对啶酰菌胺与氟吡菌酰胺之间存在负交互抗性。通常这种负交互抗药性存在于啶酰菌胺、联苯吡菌胺、吡唑萘菌胺和氟吡菌酰胺之间。即使是在同一氨基酸位点发生突变,病原菌对SDHIs的敏感性也可能不相同,如灰葡萄孢H272Y突变体会降低对啶酰菌胺、吡唑萘菌胺、联苯吡菌胺的敏感性,但对氟吡菌酰胺的敏感性有所提升。

       Avenot等评价了链格孢菌(Alternaria alternata)对氟吡菌酰胺、氟唑菌酰胺、吡噻菌胺与啶酰菌胺的交互抗性。一些SDHB或SDHC突变对吡噻菌胺、氟唑菌酰胺表现为高度敏感、敏感或敏感性降低,而其他突变菌株则对药剂产生了不同程度的抗性。相反,SDHB突变对氟吡菌酰胺敏感;SDHC突变对氟吡菌酰胺敏感或敏感性降低或中等抗性;SDHD突变对氟吡菌酰胺、吡噻菌胺敏感性降低,但是对氟唑菌酰胺高抗。

       最新研究还发现,小麦叶枯病菌群体中存在一类对SDHIs天然抗性的菌株,这些菌株在SDHI类药剂使用之前已经在自然界存在。对这类菌株的抗性机制研究发现,这类菌株中除了SDHC基因之外,还有一个SDHC的同源基因(命名为ZTDHC3),该基因同样能够编码琥珀酸脱氢酶C亚基(命名为alt-SDHC)。反向遗传学试验表明,alt-SDHC与正常的SDHC亚基一样,能够与其他3个琥珀酸脱氢酶亚基结合,形成功能完整的琥珀酸脱氢酶酶,并且alt-SDHC蛋白中独特的Qp位点残基使得这类菌株对SDHIs产生抗性。这些结果表明,自然界中病原真菌对SDHI类药剂存在多种抗药机制。

       因此,在评估SDHI类杀菌剂的交互抗药性时,对抗药性种群的基因背景研究是十分重要的。

SDHI类杀菌剂抗性治理策略

       为了阻止或延缓SDHI类杀菌剂的抗性发展,农业生产中必须采取有效的抗性管理措施。FRAC建议:按照生产商推荐的有效剂量和安全间隔期使用;严格限制SDHIs的用药次数,每生长季最多用药3次;SDHI类杀菌剂用于复配或桶混时,其配伍产品即便单独使用也必须对靶标病害提供满意的防效,并且作用机理不同;应该预防性地使用SDHIs,或在病害发生早期施药;新药剂大面积应用前及时建立靶标病原菌的敏感基线,且对田间抗性情况进行实时监测,并及时治理。

       FRAC指出,两种或多种SDHI类杀菌剂复配时,它们或许能提供更好的防效,但不能作为抗性治理策略,必须视同一种产品来考虑。因为SDHI类杀菌剂属于同一交互抗性组,因此抗性治理对所有SDHIs都是一样的。

       另外,利用抗病品种、生物防治等病害综合防治策略也有利于延缓抗药性群体发展。Samaras等发现,生防菌(Bacillus amyloliquefaciens)在与氟吡菌酰胺的交替使用中对灰霉病表现出较高的抑制作用,并降低了SDHIs的抗性频率。病害发生严重度直接关系到病原群体的发展,凡是有利于降低病害压力的农艺措施,如田园卫生及通风透光等栽培措施,均是抗性治理策略与技术的重要组成部分。

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