氧化石墨烯（GO）对黄萎病菌（Verticillium dahliae）的体外体内抑制效应及转录调控机制研究

本文揭示了氧化石墨烯（GO）对植物病原真菌黄萎病菌（V. dahliae）的显著抑制效果，通过破坏细胞膜完整性（如降低几丁质含量、增加MDA泄漏）和干扰代谢通路（如ABC转运蛋白和酪氨酸代谢），有效抑制菌丝生长和孢子萌发。研究为开发新型抗真菌剂及防控棉花黄萎病提供了分子靶点和应用依据。

　　

引言

黄萎病（Verticillium wilt）是由大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）引起的毁灭性土传病害，威胁全球农业。传统化学杀菌剂的长期使用导致抗药性和环境污染问题。氧化石墨烯（GO）作为一种低毒纳米材料，其抗菌特性在细菌和病毒领域已有研究，但抗真菌机制尤其是对植物病原真菌的作用仍待深入。

材料与方法

研究采用高毒性菌株Vd991，通过PDA和Czapek培养基评估GO（50–200 μg·mL^?1）对菌丝生长、孢子萌发的抑制效果。扫描电镜（SEM）观察形态变化，荧光染色（FDA/PI）检测膜完整性，转录组测序（RNA-seq）分析差异基因（DEGs），并通过qPCR验证关键基因表达。

结果

1. GO抑制菌丝生长与孢子萌发

GO浓度依赖性地降低菌落直径和菌丝干重（200 μg·mL^?1时干重减少52%），孢子萌发率和芽管长度显著下降（24小时萌发率从81.7%降至63.5%）。

2. 细胞膜与壁的破坏

SEM显示GO处理后的菌丝表面粗糙、分段异常，几丁质含量显著降低。FDA/PI双染表明GO增加膜通透性，导致DNA、RNA、蛋白质泄漏，MDA含量升高（脂质过氧化标志物）。

3. 转录组分析

差异表达基因（DEGs）在菌丝伸长（H期）和孢子萌发（S期）分别达1,149和1,078个。下调基因富集于膜完整性（如“膜内在成分”）和氧化还原酶活性；KEGG通路分析显示ABC转运蛋白（如ATP依赖性渗透酶PDR10）和酪氨酸代谢通路显著受抑。

4. 抗病性验证

盆栽实验表明，200 μg·mL^?1 GO处理显著降低棉花黄萎病症状，茎部真菌恢复率和生物量减少。

讨论

GO通过双重机制抑制V. dahliae：

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  物理损伤：破坏细胞膜/壁结构，导致内容物泄漏。

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  分子干扰：下调膜合成基因（如CFA合酶）、氧化应激响应基因（如过氧化氢酶），并扰乱铜/铁离子稳态（如高亲和铜转运蛋白CTR4上调）。

结论

GO通过靶向膜完整性和代谢通路抑制V. dahliae，为开发纳米抗真菌剂和防控黄萎病提供了新策略。未来需进一步优化GO田间应用浓度及环境安全性评估。

（注：全文数据均源于原文实验，未添加非文献支持结论。）