G143S突变体中细胞色素b的替换使Glomerella cingulata对吡唑醚菌酯（pyraclostrobin）产生了抗性

《Pesticide Biochemistry and Physiology》：The G143S substitution of cytochrome b confers field resistance to pyraclostrobin in Glomerella cingulata

　　

Xushi Jiang|Qian Yang|Yibo Man|Yichen Ma|Yujie Lu|Na Liu|Caixia Wang|Sen Lian|Baohua Li|Weichao Ren

中国青岛农业大学植物健康与医学学院，山东省环境友好型农业害虫管理工程研究中心，青岛 266109

摘要

由Glomerella cingulata引起的叶斑病（GLS）对苹果生产构成了严重威胁。尽管QoI类杀菌剂吡唑醚菌酯在控制GLS方面表现出高效，但长期和密集的使用导致了日益严重的抗性问题。在本研究中，我们首次在中国山东省的G. cingulata田间分离株中检测到吡唑醚菌酯抗性，这种抗性与细胞色素b（Cytb）中的G143S突变有关。在菌丝生长、孢子形成、毒力和耐逆性方面，吡唑醚菌酯抗性（G143S）分离株与敏感分离株之间没有显著差异。分子对接分析显示，G143S突变降低了吡唑醚菌酯与Cytb之间的结合亲和力。此外，G143S突变还赋予了对其他QoI类杀菌剂的交叉抗性，但未观察到对戊唑醇或溴代苯唑醇的交叉抗性。这些发现为GLS的合理和可持续管理提供了重要见解。

引言

苹果（Malus × domestica Borkh.）是温带地区最广泛种植且经济价值最高的果树之一（Liu et al., 2022）。然而，苹果产业的可持续发展受到植物病害的严重制约（Liang et al., 2022）。其中，由Glomerella cingulata（无性形态：Colletotrichum gloeosporioides）引起的叶斑病（GLS）是一种破坏性病害，会导致严重的落叶和果实病变（Zhang et al., 2016）。GLS主要发生在潮湿和亚热带地区，包括巴西、美国东南部以及最近的中国（Taylor, 1971; González and Sutton, 1999; Wang et al., 2012）。不同苹果品种对GLS的敏感性差异很大（Pei et al., 2024）。例如，‘Gala’、‘Golden Delicious’、‘Jonagold’、‘Qinguan’、‘Meigetsu’、‘Toki’、‘Cosmic Crisp’和‘Qincui’等品种极易感病，而广泛种植的‘Fuji’品种则具有抗性（Liu et al., 2016）。目前的GLS管理主要依赖于杀菌剂的应用（Jiang et al., 2021），但长期和频繁使用杀菌剂会促进病原体抗性的产生。

2011年，GLS首次在中国江苏和安徽两省被报道，此后已扩散到其他苹果种植区（Chen et al., 2022）。醌外抑制剂（QoI）类杀菌剂吡唑醚菌酯对GLS具有很强的防治效果，在其控制中发挥了不可替代的作用（Johnson et al., 2025）。吡唑醚菌酯（化学式C??H??ClN?O?）由BASF开发，是一种高效、广谱的杀菌剂。QoI类杀菌剂通过与细胞色素bc?复合体的外泛醌氧化位点（Qo）结合来抑制线粒体呼吸（Von Jagow et al., 1986）。这种结合会干扰细胞色素b和细胞色素c?之间的电子传递，从而减少三磷酸腺苷（ATP）的产生，导致能量不足（Bartlett et al., 2002; Fisher and Meunier, 2008）。尽管QoI类杀菌剂对多种植物病原体（包括子囊菌、半知菌、担子菌和卵菌）都非常有效（Sun et al., 2024），但已有多个物种报告出现了抗性（参见http://www.frac.info）。QoI类杀菌剂的抗性主要源于细胞色素b的Qo位点突变或通过替代氧化途径增强电子传递（Fernández-Ortu?o et al., 2008; Feng et al., 2020）。然而，由于植物黄酮的抑制作用，后一种机制在田间效果通常有限（Ziogas et al., 1997）。因此，水杨酰羟胺（SHAM）作为一种特定的替代呼吸抑制剂，常用于体外评估QoI类杀菌剂的杀菌活性（Song et al., 2022）。关于抗性机制的研究发现，Cytb中的点突变（如G143A/S、F129L和G137R）是QoI类杀菌剂抗性的常见原因（Dixon et al., 2020; Peng et al., 2022; Cordez et al., 2024; Zhang et al., 2024）。其中，F129L和G137R导致低至中等的抗性水平，并常伴随显著的适应性代价，而G143A则导致高水平的抗性且适应性代价较低，使其成为QoI类抗性病原体中最常见的基因型（Sierotzki et al., 2007; Klosowski et al., 2016）。

在之前的研究中，我们发现Cytb中的G143A突变会导致G. cingulata对吡唑醚菌酯产生抗性（Ren et al., 2023a）。在本研究中，我们发现了一种新的G143S点突变，它也介导了G. cingulata对吡唑醚菌酯的抗性，并评估了其抗性风险。这些研究结果有望为GLS的管理提供更科学依据。

章节片段

分离株、培养基和杀菌剂

2025年，我们从中国主要苹果产区的苹果叶片中收集了表现出典型叶斑病（GLS）症状的Glomerella cingulata分离株。马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）的配方为每升自来水加入200克马铃薯、20克葡萄糖和16克琼脂。Richard培养基的配方为每升蒸馏水加入10克KNO?、5克KH?PO?、2.5克MgSO?·7H?O、0.02克Fe?(SO?)?和50克蔗糖。烷基酯琼脂（AEA）的配方为...

G. cingulata分离株对吡唑醚菌酯的抗性监测

2025年，我们进行了全国范围的调查，以评估Glomerella cingulata（GLS的致病菌）对QoI类杀菌剂吡唑醚菌酯的抗性状况。共从山东、山西、陕西、河北、河南、辽宁和甘肃等主要苹果产省收集了427个分离株，这些分离株代表了不同的农业气候区和管理方式。为了评估抗性，所有分离株都在添加了50 μg/mL...

讨论

在现代农业系统中，杀菌剂被广泛用于控制植物病害（Thind, 2017）。然而，多种类别的杀菌剂抗性已在病原体种群中出现并扩散，从而降低了控制效果（van Rhijn and Rhodes, 2025）。醌外抑制剂（QoI）类杀菌剂通常被认为是导致真菌病原体抗性发展的高风险因素，包括引起灰霉病、白粉病、炭疽病和疮痂病的病原体（Ishii,...

CRediT作者贡献声明

Xushi Jiang：撰写——初稿、方法论、调查。Qian Yang：撰写——初稿、正式分析、数据整理。Yibo Man：方法论、正式分析。Yichen Ma：可视化。Yujie Lu：方法论。Na Liu：验证。Caixia Wang：撰写——审阅与编辑。Sen Lian：正式分析。Baohua Li：概念化。Weichao Ren：撰写——审阅与编辑、监督、资金获取。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（2023YFD1401400）、国家自然科学基金（32572873）、山东省自然科学基金（ZR2024MC205）、山东省现代农业产业技术体系（SDAIT-30-06）以及山东省高等学校青年创新科技项目（2022KJ172）的支持。