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纹枯病菌的侵染每年引起玉米产量的严重损失。目前尚无有效防治策略。为了获得更加有效的防治效果,需要深入理解两者之间的相互作用。无数研究案例表明代谢组学是揭示作物与病原物相互作用机制的有力工具。本次研究使用基于质谱技术结合多变量和单变量分析的代谢组学,探究了纹枯病菌与玉米之间的互作机制,以及纹枯病菌潜在的药物利用价值。纹枯病菌AG-1-IA的菌核在密封PDA平板中无法形成,但在非密封的平板中可自然形成。其中N2-acetyl-L-ornithine在营养生长的菌丝体中浓度最高,在不形成菌核的菌丝体中较少,在形成菌核的菌丝体中最少,说明纹枯病菌AG-1-IA菌丝体的旺盛生长需要较高水平的N2-acetyl-L-ornithine,而菌丝成熟以及菌核的形成则需要抑制N2-acetyl-L-ornithine的代谢。当菌丝形成菌核的过程中,代谢物PE(20:1(11Z)/14:1(9Z)),PE(P-16:0/20:4(5Z,8Z,11Z,13E)(15OH[S]))和PS(12:0/18:1(9Z))的合成水平上升说明磷酸酯的代谢在菌核形成过程中具有重要作用。纹枯病菌AG-1-IA形成菌核时促进了NO的产生而在不形成菌核的菌丝体中NO的代谢被抑制,因为当不形成菌核时一氧化氮合成酶的抑制剂N(gamma)-nitro-L-arginine的代谢水平增加,形成菌核时N(gamma)-Nitro-L-arginine的浓度降低。9S,10S,11R-trihydroxy-12Z,15Z-octadecadienoic acid的浓度在不形成菌核时显著较高,在菌核形成时浓度较低说明亚油酸类化合物在菌核形成被抑制的过程中具有显著作用。N(gamma)-nitro-L-arginine和9S,10S,11R-trihydroxy-12Z,15Z-octadecadienoic acid可认定为纹枯病菌成熟但不形成菌核的代谢标志物。而磷酸酯代谢物则可用作表征纹枯病菌成熟并形成菌核的代谢标志物。纹枯病菌和苯乙酸(PAA)用于处理玉米的根后,叶片中植物激素traumatin的合成在两种处理组中均出现了上调,而作为合成植物防御信号分子茉莉酸的前体化合物OPC-8:0和12-OPDA的代谢在两种处理的过程中都被下调,说明侵染发生后远程叶片中的信号转导与traumatin依赖途径相关而与JA介导的防御途径没有显著关系。Phytosphingosine在两种处理的叶片中的增强合成说明了玉米叶片感病过程中优选增强细胞壁策略来抵抗感染。两种处理的叶片中vitexin 2’’O-beta-D-glucoside,rutin,gibberellin A14 aldehyde和DIBOA-glucoside的合成上调说明玉米叶可同时运用不同种类的抗病小分子来抵御纹枯病菌的侵染。苯乙酸和纹枯病菌对玉米代谢的影响同时存在差异,因为在纹枯病菌处理的叶中,HOOA-PC的合成浓度得到增强而canthaxanthin和zeaxanthin diglucoside的浓度受到降低。但在PAA处理的叶中,HOOA-PC的合成被抑制,同时canthaxanthin和zeaxanthin diglucoside的浓度增加。另外,在抑制寄主代谢活动方面纹枯病菌具有更加有效的策略因为纹枯病菌对代谢产物的合成抑制效果明显高于苯乙酸。在纹枯病菌处理的叶鞘中观察到quercitrin和quercetin 3-O-glucoside的合成显著增强说明玉米叶鞘中的抗病小分子化合物以黄酮类化合物为主。具有各种核心功能的氨基酸L-glutamate的浓度仅在纹枯病菌处理的叶鞘组织中受到显著抑制,说明了玉米叶鞘更容易受到纹枯病菌的感染。不同玉米组织诱导会引起纹枯病菌的代谢水平出现差异。玉米叶片的诱导显著提升了属于花生四烯酸代谢路径的代谢物2,3-Dinor-8-iso prostaglandin F2alpha和属于P450代谢路径的代谢物4-Ketoifosfamide的上调合成。同时与2,3-Dinor-8-iso prostaglandin F2alpha合成相关的CYP2和EPHX2,与代谢物4-Ketoifosfamide合成相关的醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase,EC 1.1.1.1)表达水平上升。结果说明纹枯病菌侵染叶片过程中,受到了花生四烯酸信号的调节之外,同样具有针对外源毒性小分子(来自于寄主植物的抗性小分子)的解毒需求。氨基酸的相关代谢路径在纹枯病菌侵染玉米叶鞘过程中具有重要作用。因为玉米叶鞘的诱导显著增强了代谢物色氨酸中间产物L-kynurenine和L-Arginine的合成。同时L-kynurenine的上游合成基因indoleamine 2,3-dioxygenase[EC:1.13.11.52]和下游代谢基因kynurenine aminotransferase[EC:2.6.1.7]的表达水平均上调。在玉米根的诱导过程中,显著上升的合成代谢产物和表达基因分别是属于胆汁酸代谢路径的3alpha,7alpha,12alpha-Trihydroxy-5beta-cholestanoate及其相关的alpha-甲基酰基辅酶A消旋酶(EC 5.1.99.4)和属于亚麻酸代谢路径的stearidonic acid以及与之关联的乙酰辅酶C酰基转移酶(EC2.3.1.16)。Cytochrome P450代谢路径(CYP)中的代谢物(1R)-Glutathionyl-(2R)-hydroxy-1,2-dihydronaphthalene的合成与该代谢物关联的谷胱甘肽转移酶(EC 2.5.1.18)的表达同时减少。结果说明纹枯病菌侵染机制的选择与P450代谢途径关系密切。而hexadecanoic acid和gibberellin A15的合成在三种玉米组织诱导中显著下调说明纹枯病菌侵染玉米不同组织过程中,针对不同信号途径具有选择性。本次研究从纹枯病菌的菌丝萃取物中挖掘到了若干可能的药物分子。在KEGG数据库中一共找到28个具有各种不同生理活性的药物分子,其中有四个药物分子Anileridine,Proscillaridin,Bisoctrizole和Baricitinib可信度最高。这四种药物分子具有的药理作用分别是止痛,治疗充血性心力衰竭和心律失常,吸收紫外线和治疗类风湿性关节炎。在ISDB的数据库中我们通过碎片相似性比较的方法比对到了四个具有活性的代谢物(2S)-2beta-Pentyl-5alpha-[(R)-1-hydroxy-9-decenyl]oxolane-3beta-ol,2,4-Di-tert-butylphenol,Heptane-1,3,4,5,7-pentol和Lanyuamide II。它们都是潜在的药物分子,具有的药效功能分别是杀线虫,抗氧化,抑制糖苷酶和舒张血管。