由禾谷镰孢菌复合种群（FGSC）引起的小麦赤霉病是一种世界性真菌病害，不仅导致产量损失，而且病原菌在感病麦粒中分泌的脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON毒素），严重威胁食品安全与人畜健康。

       南京农业大学杀菌剂生物学研究团队段亚冰教授课题组前期研究发现，琥珀酸脱氢酶抑制剂（SDHI）类杀菌剂可干扰赤霉病菌产毒结构形成，且显著抑制DON毒素的生物合成（Xu et al., 2019），同时也发现SDHI杀菌剂可引起线粒体碎片化，破坏线粒体的稳态平衡（Kang et al., 2022）。已有报道表明，产毒小体是赤霉病菌内质网在细胞核周围重塑形成的特殊球形结构，是DON毒素生物合成的重要场所。本课题组从内质网-线粒体偶联亚细胞结构（Endoplasmic reticulum-mitochondrial encounter structure, ERMES）为切入点，深入开展了赤霉病菌ERMES调控产毒结构形成及DON毒素生物合成的机理研究。近日，该研究成果“Endoplasmic reticulum-mitochondrial encounter structure regulates the mitochondrial morphology, DON biosynthesis and toxisome formation in Fusarium graminearum”在中科院一区国际期刊《Microbiological Research》进行了在线发表。

       本研究发现，赤霉病菌ERMES由4个不同的亚基（Mmm1、Mdm12、Mdm10和Mdm34）组成，在线粒体形态维持中发挥着重要作用，当ERMES结构存在缺陷时，则会导致线粒体由正常的丝状（条状）变为点状（球状），激光共聚焦成像和透射电镜成像的结果都证实了这一现象（图1）。

图1  ERMES调控赤霉病菌线粒体的形态

       同样，我们对产毒小体的形成进行观察发现，当Mdm10缺失可造成ERMES严重缺陷，破坏了产毒小体的形成（图2）。相比于野生型菌株，Mdm10突变体中FgTRI1-GFP标记的荧光呈碎片状。

图2  FgMDM10缺失导致产毒小体形成受到抑制

       深入研究发现，ERMES各亚基与TRI1之间密切的互作关系促进了产毒小体的形成。啶酰菌胺等SDHI杀菌剂可导致ERMES各亚基的亚细胞定位发生改变，破坏ERMES复合体的形成，干扰ERMES各亚基与TRI1的互作，最终抑制产毒小体的形成和DON毒素的生物合成。

       本研究率先对赤霉病菌ERMES结构的组成功能进行了解析。从细胞器层面出发，揭示了ERMES对于线粒体和异构化细胞器产毒小体形态结构与功能的调控作用，为ERMES功能调控网络增加了新的内容，完善了细胞器互作调控网络。同时，从分子水平揭示了SDHI杀菌剂通过破坏ERMES的结构，干扰产毒小体的结构形成，最终抑制DON毒素生物合成的分子机制。该成果将为SDHI杀菌剂在小麦赤霉病控病降毒上的科学应用提供了理论支撑。

       南京农业大学植物保护学院博士后宋吉昌为本论文第一作者，研究生李一歌、张紫阳、高欣龙等参与了本研究，植物保护学院农药系段亚冰教授为通讯作者，周明国教授参与了研究工作的指导。论文得到了国家自然科学基金项目（32372578）、江苏省研究生科研创新项目（KYCX21_0631）的资助。

       文献链接：

[1] Song Jichang, Li Yige, Zhang Ziyang, Gao Xinlong, Li Shengxue, Zhang Jie, Zhou Mingguo, Duan Yabing. Endoplasmic Reticulum-Mitochondrial Encounter Structure regulates the mitochondrial morphology, DON biosynthesis and toxisome formation in Fusarium graminearum. Microbiological Research, 2024, 289(7): 127892. DOI:10.1016/j.micres.2024.127892.

[2] Xu Chao, Li Meixia, Zhou Zehua, Li Jiaosheng, Chen Dongming, Duan Yabing, Zhou Mingguo. Impact of Five Succinate Dehydrogenase Inhibitors on DON Biosynthesis of Fusarium asiaticum, Causing Fusarium Head Blight in Wheat. Toxins, 2019, 11(5): 272. DOI: 10.3390/toxins11050272.

[3] Kang Jinbo, Zhang Jie, Liu Yinkai, Song Jichang, Ou Jianlin, Tao Xian, Zhou Mingguo, Duan Yabing. Mitochondrial dynamics caused by QoIs and SDHIs fungicides depended on FgDnm1 in Fusarium graminearum. Journal of Integrative Agriculture, 2023, 22 (2): 481-494. DOI:10.1016/j.jia.2022.08.118.