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https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.jafc.1c05225

2021年11月15日，农林科学1区Top期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry(IF=5.279)在线发表了云南农业大学植物保护学院朱书生教授团队题为“Allyl Isothiocyanate in the Volatiles ofBrassica junceaInhibits the Growth of Root Rot Pathogens ofPanax notoginsengby Inducing the Accumulation of ROS”的研究论文。本研究揭示了苦芥挥发物主要成分异硫氰酸烯丙酯通过诱导ROS积累抑制三七根腐病菌生长的机制。

芸薹属植物体内含有的硫代葡萄糖苷和黑芥子酶在植物细胞破碎时发生水解反应生成异硫氰酸酯类物质（Isothiocyanates，ITCs）。异硫氰酸烯丙酯（Allyl isothiocyanate，AITC）是苦芥等芸薹属植物挥发物的主要成分，对真菌、细菌、线虫和杂草等具有很强的抑制和杀灭作用。三七根腐病是由腐皮镰刀菌Fusarium solani等土传病原菌积累导致的根部病害，严重威胁了三七的产量和品质。本研究借助转录组学和代谢组学联合分析发现，腐皮镰刀菌菌丝内与能量产生相关的代谢途径如乙醛酸和二羧酸代谢、糖酵解/糖异生、三羧酸循环在AITC熏蒸后明显减弱。谷胱甘肽作为生物体内最重要的抗氧化剂，与其合成或消除活性氧相关的物质（L-焦谷氨酸、谷氨酰胺）和基因（谷氨酸半胱氨酸连接酶催化亚基GCLC、细胞胱硫醚-γ-裂解酶CTH、半胱氨酸合成酶cysK、谷胱甘肽硫转移酶GST）在AITC熏蒸后均表达上调。此外，一些直接或间接参与活性氧清除的代谢物，如鸟氨酸、腐胺、脯氨酸等在AITC熏蒸后相对含量也显著增加。由此推断，AITC熏蒸后可能诱导了腐皮镰刀菌细胞内活性氧的积累。

利用DCFH-DA活性氧染色证实，AITC熏蒸确实诱导了腐皮镰刀菌菌丝和孢子内活性氧的积累。通过外源添加活性氧清除剂明显减轻了AITC对病原菌生长的抑制作用，其中添加谷胱甘肽GSH的缓解效果最好。进一步检测了细胞内源谷胱甘肽的含量，结果表明AITC熏蒸后内源GSH的含量显著降低。由此得出结论，AITC通过消耗了细胞内的GSH导致活性氧积累，最终抑制了菌丝的生长。田间试验结果表明，AITC熏蒸能有效降低三七根腐病的发生和危害。

探明AITC对三七根腐病原菌的抑菌机制可为绿色防控三七根腐病等土传病害提供思路。课题组自2014年开始与中国农业大学植物保护学院李健强教授团队联合攻关，围绕AITC在克服三七连作障碍方面开展了系列合作。探明了利用AITC作为熏蒸剂可以有效降低三七根腐病的发生。另外，AITC熏蒸也能有效地缓解其他作物的连作障碍。因此，AITC在作物连作土壤的熏蒸处理及根腐病的防控应用具有广泛的应用前景。

云南农业大学植物保护学院朱书生教授团队博士研究生刘海娇、吴家庆为该论文的共同第一作者，硕士研究生苏应威、左登鸿、刘红斌以及李迎宾博士、梅馨月博士、刘屹湘副教授和黄惠川副教授参与了部分工作。本研究得到了国家自然科学基金（31760535）、云南省科技创新研究团队（202105AE160016）、云南省重大科技专项（202102AE090042）、云南省中青年学术与技术带头人后备计划（202005AC160045）、云南省“万人计划”青年拔尖人才专项等项目资助。