禾谷镰刀菌是感染小麦、玉米等主要粮食作物的一种重要的病原真菌,在引发严重小麦赤霉病害的同时,可分泌产生脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON),污染食品后不易被清除,严重威胁人和动物的健康.禾谷镰刀菌产DON的生物合成路径及分子调控机制一直是国内外的研究热点、焦点和难点,也是防控DON的基础.本文综述了禾谷镰刀菌DON生物合成过程中涉及产毒基因簇TRI的各个基因、编码蛋白及其生物学功能,以及目前对禾谷镰刀菌中对呕吐毒素生物合成调控机制的研究进展.这些基础信息将直接为安全控制主要粮食及其制品中真菌毒素污染提供有价值的参考资料.

曲霉(Aspergillus)是应用于工业生产的一类重要微生物,它与人类生活及医药卫生等方面密切相关.分生孢子的形成是曲霉无性繁殖的主要方式,它是个复杂的过程,需要多个基因参与调控,且分生孢子的形成与次级代谢产物的生物合成有密切的关系.本文综述了曲霉分生孢子形成的调控模式,简述了曲霉中连接无性发育和曲霉毒素生物合成的G-蛋白信号通路,及既参与发育调控又参与曲霉次级代谢调控的Velvet蛋白家族,可为其他丝状真菌的研究提供理论指导,对工业生产也有很重要的意义.

黄曲霉毒素是一类具有较强毒性和致癌力的次级代谢产物,在小麦、水稻、玉米和花生等多种粮食、油料、饲料和食品中检出率均比较高.因此,黄曲霉毒素不仅给人和动物的健康造成极其严重的威胁,而且也给食品和饲料等行业造成了巨大的经济损失.黄曲霉毒素主要由黄曲霉和寄生曲霉产生.自上个世纪60年代首次发现黄曲霉毒素以来,研究者在黄曲霉毒素合成途径、降解、合成机制和致病机理等方面做了大量研究.本文主要综述近年来国内外以黄曲霉为对象的黄曲霉毒素合成的遗传调控机制研究进展.从转录调控、蛋白翻译后修饰、信号转导途径、参与生长发育和形态建成的蛋白和其他酶等方面对黄曲霉毒素合成机制展开综述,为今后进一步深入系统研究黄曲霉毒素合成机制奠定基础,同时为制定防治黄曲霉及其毒素的策略提供理论基础.

禾谷镰刀菌复合种(Fusarium graminearum species complex,FGSC)引起的赤霉病是小麦生产上危害最为严重的病害之一.赤霉病除了造成减产外,感病籽粒中含有多种镰刀菌毒素,如单端孢霉烯族的呕吐毒素,可引起人畜中毒和重大疾病,给食品安全构成严重威胁.过去20年,随着禾谷镰刀菌全基因组序列的公布和遗传转化体系的成熟,禾谷镰刀菌Fusarium graminearum的功能基因组学的研究取得了较大进展,单端孢霉烯族毒素的产生、调控机制及网络研究成为热点.本文综述国内外单端孢霉烯族毒素的生物合成和分子调控机制,包括合成基因簇及决定不同产毒化学型的基因、产毒调控元件、环境因子调控产毒的分子机制,可为小麦抗赤霉病的育种提供新思路,为新型药剂的研发提供分子靶标,为赤霉病的持续防控和毒素污染的有效治理提供理论依据.

植物可以合成大量的次生代谢物来调控自身对环境的适应性.其中,有一大部分直接参与了植物对病原微生物的防御反应,包括植物在感病前就已经生成和积累的植物毒素,以及感病后才从头合成的抗病小分子次生代谢物—植保素.植保素在植物抵御病原菌,特别是腐生性病原菌的过程中起着非常重要的作用.自从80年前植保素的概念被提出后,大量的植保素从各种植物中被分离和鉴定出来,但它们之中大部分的生物合成和调控机制目前尚不清楚.本文综述了近几年来拟南芥和烟草中植保素的研究进展,特别是它们的生物合成及分子调控机制,并对植保素研究领域存在的问题和今后的研究方向进行了讨论和展望.

纳他霉素是一种对真菌具有广谱抗菌活性的多烯大环内酯类抗生素,它不仅能有效地抑制真菌的生长和繁殖,而且能够抑制一些真菌毒素的形成,已被大多数国家批准为抗真菌食品防腐剂使用,也被广泛应用于农业和医疗领域.纳塔尔链霉菌Streptomyces natalensis和恰努塔加链霉菌Streptomyces chatanoogensis是纳他霉素的主要产生菌,其生物合成过程及调控机制相关研究比较清楚.文中主要归纳了纳他霉素的生物合成和调控机制,探讨了提高纳他霉素产量的方法,并展望了纳他霉素未来的研究方向.

光是真菌感知和适应环境的重要信息载体,调控多种生理生化过程.痂囊腔菌素(Elsinochromes,ESC)是花生疮痂病菌重要的毒力因子,蓝光对其具有正调控作用,为了进一步揭示光调控ESC机制,开展了花生疮痂病菌蓝光受体基因EaWC 1克隆、生物信息学分析和表达模式研究.结果表明,蓝光受体基因EaWC 1全长为3261bp,具有一个完整的开放阅读框,编码长度为1086个氨基酸的蛋白质,相对分子质量11.95 kD,理论等电点为8.81,具有核定位信号,为稳定亲水性蛋白.qPCR定量分析表明,EaWC 1基因表达受到蓝光诱导,其表达模式与ESC毒素含量呈显著正相关.研究结果对于阐明花生疮痂病菌蓝光受体生物功能,揭示ESC毒素生物合成光调控机制和调控网络奠定了理论基础.

赭曲霉毒素A(ochratoxin A,OTA)是曲霉属和青霉属等真菌的次生代谢物,广泛污染谷物、葡萄、坚果等农产品和饲料,造成严重的经济损失.此外,OTA的肝肾毒性和三致作用(致畸、致癌、致突变)已经得到越来越多的数据支撑,证实其对人类健康存在巨大威胁.OTA及其衍生物的理化性质已经有较为全面的研究,但是其合成过程及调控机理尚不明确.本文整理了赭曲霉毒素A的理化性质及产毒菌株,总结了OTA污染及致病情况的最新研究进展和各国的限量标准,最后分析了OTA的合成机制,讨论了未来OTA理论及应用层面的研究方向,为赭曲霉毒素A的风险评估提供数据支持,同时为OTA生物合成和调控机制提供理论参考.

马铃薯疮痂病(potato scab)是世界范围内广泛存在的土传细菌性病害,难以防治.植物毒素thaxtomins由疮痂病链霉菌(Streptomyces scabies)次级代谢产生,是马铃薯疮痂病的主要致病原因,对马铃薯等作物产业造成严重危害.鉴于疮痂病链霉菌在农业上的重要作用,其中thaxtomins生物合成过程和分子调控得到越来越多的关注,并取得了较好的进展.本文综述了thaxtomins的结构特征、生物合成与异源表达,并重点介绍了疮痂病链霉菌中thaxtomins生物合成的分子调控机制等方面的研究进展,有利于深入认知疮痂病链霉菌次级代谢调控网络,为未来开发新型马铃薯疮痂病的防治策略提供理论指导.