论文标题：Trichothecenes and Fumonisins: Key Players in Fusarium–Cereal Ecosystem Interactions

论文链接：https://www.mdpi.com/2072-6651/16/2/90

期刊名：Toxins

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/toxins

引言

镰刀菌是小麦、玉米、大麦等主要谷物的常见病原菌。它们侵染谷物后，会产生多种有毒代谢产物，即霉菌毒素。其中，脱氧雪腐镰刀菌烯醇（Deoxynivalenol, DON）和伏马毒素B1（Fumonisin B1, FB1）因其高毒性和高检出率，成为研究的重点。这些毒素不仅能帮助镰刀菌侵染植物，还可能通过食物链影响人和动物的健康。近年来的研究发现，这不仅是真菌与植物之间的“二人转”，更是一个涉及微生物群落、昆虫等多方角色的复杂生态系统。本文基于一篇2024年发表在 Toxins 期刊上的综述，带你走进这场“看不见的战争”，了解毒素如何发挥作用，植物如何反击，以及未来我们如何利用这些知识保护农作物安全。

研究过程与结果

研究表明，DON和FB1在镰刀菌侵染过程中发挥着重要作用，但其作用高度依赖于宿主和组织类型。DON对小麦是重要的致病因子，但在玉米上作用不明显；而NIV（另一种单端孢霉烯）在小麦和玉米上都具有致病性，说明不同毒素的生态功能存在宿主特异性。FB1则主要通过抑制鞘脂合成、诱导活性氧爆发和细胞程序性死亡来促进真菌在玉米幼苗上的侵染，但在穗腐病中的作用尚不明确。有趣的是，DON的生产与镰刀菌的生活史阶段密切相关——在真菌从活体营养向死体营养转换的过程中，DON的合成显著增加。DON能诱导植物细胞产生过氧化氢，进而激活防御反应，但病原体似乎能够“驾驭”这一过程，使其为自身服务。

图1 真菌毒素脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）在镰刀菌与谷物互作中的细胞层面作用

面对毒素的攻击，谷物并非毫无还手之力。研究发现，植物已进化出多种策略来应对毒素胁迫。其中，糖基化解毒是重要的机制之一：UDP-糖基转移酶可将DON转化为毒性更低的DON-3-葡萄糖苷，这一过程在抗性小麦品种中尤为活跃。此外，位于Fhb7基因座的谷胱甘肽转移酶（GST）能够催化DON与谷胱甘肽结合，从而实现解毒。值得注意的是，Fhb7基因被认为是通过水平基因转移从内生真菌整合至小麦基因组的。在信号调控层面，DON可诱导小麦中TaNFXL1、TaFROG等蛋白的表达，从而增强植物对毒素和病原菌的耐受性。其中，TaFROG能与真菌效应蛋白竞争，稳定宿主关键调控因子SnRK1α。与此同时，植物还通过分泌苯并噁唑啉酮等抗菌代谢物，抑制DON的合成，形成“抑制毒素产生，阻断病害发展”的防御策略。

图2 镰刀菌毒素与植物生态系统的相互作用

镰刀菌毒素的作用不仅限于植物，也深刻影响着谷物生态系统中的其他生物。在微生物层面，小麦穗部微生物组中的假单胞菌（Pseudomonas piscium）能够分泌吩嗪-1-甲酰胺（PCN），通过抑制镰刀菌的组蛋白乙酰转移酶活性，显著降低DON的合成。玉米种子内生菌（Sarocladium zeae）则通过产生吡咯啉类化合物，激活伏马菌素合成相关的抑制因子，从而减少伏马菌素的生成。在昆虫方面，蚜虫在取食被镰刀菌侵染的小麦后，可将DON转化为低毒的DON-3-葡萄糖苷。这一机制此前仅在植物和真菌中被发现，表明不同生物之间可能共享相似的解毒策略。此外，毒素还能影响植物挥发性有机物的释放，进而改变蚜虫的行为偏好：感染DON型镰刀菌的小麦对蚜虫具有驱避作用，而感染NIV型的小麦则表现出吸引效果。

图3 生物活性微生物化合物调控镰刀菌产毒的作用机制

最令人惊讶的发现是，DON有时也能成为跨物种合作的“桥梁”。研究表明，当镰刀菌与水稻病原细菌——伯克霍尔德菌（Burkholderia glumae）共同侵染时，后者产生的毒素toxoflavin会诱导镰刀菌大量合成DON。反过来，DON有助于真菌孢子的传播，而细菌则附着在孢子上实现扩散。这种“毒素互助”机制，刷新了我们对不同病原体之间关系的认知。

研究总结

镰刀菌毒素在真菌-植物-生态系统的互作中扮演着极其复杂的角色。它们既是致病的毒刃，也是触发植物免疫的“扳机”。未来的研究将不再局限于单一的抗病基因挖掘，而是转向更宏观的视角。例如，通过“整体育种”（holistic breeding）策略，培育出不仅抗病，还能与有益微生物组良好互作的作物品种。深入理解毒素在生态系统中的流动与转化，将为我们培育更健康、更安全的作物提供全新的思路，最终守护我们的粮食安全。

Toxins 期刊介绍

主编：Jay Fox, University of Virginia, Charlottesville, USA

期刊主要涵盖了由生物体产生的各类毒素领域的相关研究。

2025 Impact Factor:4.0

2025 CiteScore:8.3

Time to First Decision:18 Days

Acceptance to Publication:3.6 Days