稻曲病病原菌毒素研究进展

稻曲病病原菌毒素研究进展

摘要：水稻稻曲病是由稻曲病病原菌（Ustilaginoidea virens （Cooke）Tak.）引起的水稻穗部真菌病害。稻曲病病原菌次生代谢产生稻曲病病原菌毒素（Ustiloxins），该毒素是一类具有阻断真核细胞有丝分裂活性的环肽毒素，有较强的细胞毒活性，对人畜和植物有毒害作用，也是一种具有潜在应用前景的抗肿瘤药物。对稻曲病病原菌毒素的理化性质、毒性特点、获取方式、检测手段的研究进展进行了简要综述，并初步展望了稻曲病病原菌毒素的研究前景。

关键词：稻曲病病原菌（Ustilaginoidea virens（Cooke）Tak.）；稻曲病病原菌毒素；提取和纯化；检测；人工合成

Research Progress on Ustilaginoidea virens

Abstract：Rice false smut is a common rice fungous disease caused by Ustilagionidea virens. As secondary metabolism of U. virens，ustiloxins are cyclopepetide mycotoxins，and exhibit phytotoxic and mycotoxic effects through their potent microtubule disassembly and inhibition of mitosis. Ustiloxins also pose potential applications as the antitumor agents. The chemistry，obtaining manners，isolation and purification，detection and artificial synthesis of ustiloxins were reviewed briefly，and the developing trends were also proposed.

Key words：Ustilaginoidea virens （Cooke）Tak.；ustiloxins；isolation and purification；detection；artificial synthesis

水稻稻曲病是一种世界性水稻真菌病害[1]，主要病症为水稻穗部产生稻曲球。自20世纪70年代以来，由于水稻品种的变化、耕作制度的改变和化学肥料的大量使用，以及杂交水稻的问世等因素，稻曲病的发生及危害呈加重趋势，已成为中国及世界上许多稻区的主要病害之一。1933～1937年，Yabuta等首先从稻曲球的乙醚提取物分离到一种色素，称之为Ustilaginoidins。中国植物病理学家学家朱凤美在20世纪50年代指出稻曲病含一类C9H6O7的有毒色素。邓根生[2]经研究发现此毒素是一种生物碱。到现在为止，已经发现稻曲病病原菌（Ustilaginoidea virens （Cooke）Tak.）的次生代谢产物有两类，第一类为绿核菌素（Ustilaginoidins），属于萘并吡喃酮类，为脂溶性有色物质；另一类为稻曲病病原菌毒素（Ustiloxins），又称黑粉菌素，属于环肽类，为水溶性无色物质。学者们普遍认为稻曲病病原菌毒素是由稻曲病病原菌厚垣孢子产生的。这两类次生代谢产物均具有较强的细胞毒活性。

稻曲病病原菌毒素一方面对植物和人畜产生毒性，与稻谷及其制品的食用安全有着密切的关系；另一方面可抑制癌细胞的有丝分裂，是一种具有潜在应用前景的抗肿瘤药物。下面对稻曲病病原菌毒素的理化性质、毒性、获取方式、检测手段、人工合成以及研究展望等方面进行简要综述。

1 稻曲病病原菌毒素的理化性质

到目前为止，研究人员已从稻曲球中分离到6种毒素，分别是Ustiloxin A，Ustiloxin B，Ustiloxin C，Ustiloxin D，Ustiloxin E，Ustiloxin F，其结构式如图1所示。因Ustiloxin E较为罕见，分离量太少而无法做试验，目前其结构式和分子式尚不清楚[3]。稻曲病病原菌毒素最具代表性、含量最多的是Ustiloxin A，分子式为C28H43N5O12S，精确质量数为673.262 9，为无色针晶、高极性和不挥发的化合物，茚三酮反应呈紫色，最大吸收波长为207、249和287 nm，在正离子

模式下可生成加氢离子[M+H]+。

2 稻曲病病原菌毒素的毒害作用

2.1 对动物的毒害作用

稻曲病病原菌毒素对动物细胞有广泛的生物活性。如Nakamura等[4]报道了其对老鼠的毒性主要是引起老鼠心脏、肾脏病变。高峻[5]报道，稻曲病粒对鸡和兔有一定的毒性，混用病粒喂养的鸡和兔都会出现慢性中毒症状，其心脏、肝脏和肺部发生病变，直至死亡。伍永炎[6]报道，患病动物会出现腹泻、下痢、流涎、呕吐、呼吸急促、中枢神经兴奋或麻痹，头部及四肢肌肉痉挛，渴感增加等症状。家畜体温升高到40.5～41.5 ℃，腹痛磨牙、四肢刨地、拱背、肚腹卷缩、伏卧四肢伸直。病理解剖可见胃肠黏膜有出血性炎症，肺部和脾脏出血，肝脏肿大，淋巴结充血水肿，心外膜及心内膜多有出血，胸腹腔有较多的透明黄色液体，泌尿系统有出血性炎症，脑膜或脑皮质出血。2.2 对植物的毒害作用稻曲病病原菌毒素溶液对水稻种子萌发、幼苗生长及愈伤组织生长都具有毒害作用，且与品种田间的感病性和抗病性相一致[7]；稻曲病病原菌培养滤液稀释40倍后对小麦胚根的生长有强烈的抑制作用，其对小麦胚根的抑制作用明显高于对胚芽的抑制作用[8]；将稻曲病病原菌毒素稀释100倍后对水稻种子萌发仍有强烈的抑制作用[9]；稻曲球水浸提液对玉米胚芽和胚根的生长也具有明显的抑制作用[10]。

2.3 细胞毒活性

Koiso等[11]用Ustiloxin A和Ustiloxin B对人的胃、肺、心脏、结肠和肾的癌细胞系进行侵染试验，发现其对各种癌细胞系都有抑制作用。后续研究发现Ustiloxin A和Ustiloxin B对癌细胞的作用与5-氟尿嘧啶相同。Ustiloxin A对胃癌（MKN-1）和乳癌（MCF-7）细胞的IC50分别为2.460和0.656 μg/mL。Ustiloxin B对胃癌MKN-1、MKN-7、MKN-74、肺癌RERF-LC-MA、乳癌MCF-7、肠癌WiDr、SW480和胃癌KU2株呈细胞毒活性，其IC50依次为3.22、4.91、5.19、5.60、0.86、4.68、6.08和4.43 μmol/L[12]。Morisaki等[13]测得的Ustiloxin A、Ustiloxin B、Ustiloxin C、Ustiloxin D、Ustiloxin F对微管蛋白组装的中等有效抑制浓度分别为1.0、1.8、4.4、2.5、10.3 μmol/L。稻曲病病原菌毒素通过抑制真核生物微管蛋白的组装与细胞骨架形成，从而起到抑制细胞有丝分裂的作用，其活性部位是稻曲病病原菌毒素的CH、NH官能团、酚羟基、C2和C6位烷基以及甘氨酸残基的羧酸基团[13-15]。

2.4 白色菌株的毒性

王疏等[16]分离获得1株不同于普通稻曲病病原菌的白化菌株。白元俊等[17]对普通菌株和白化菌株的产毒能力进行了比较研究，发现两种菌株均能产生抑制水稻种子萌发和胚根、胚芽生长的毒素。白色菌株的产毒能力强于普通菌株，在相同浓度下白色菌株毒素的毒性明显高于普通菌株。

3 稻曲病病原菌毒素的获得

3.1 从病原体中获得

3.1.1 稻曲病病原菌的分离稻曲球营养丰富，易与杂菌共生，加之该菌生长缓慢，分离难度大。目前，稻曲病病原菌的分离主要有4种方法：即组织块分离法[18]、菌核分离法[19]、稻曲球分离法[20]和厚垣孢子悬浮液法[21]。其中组织块分离法成功率较高，是常用的分离方法。

3.1.2 产孢最适条件程明渊等[22]在对比了不同培养基、不同营养条件（碳源和氮源）、不同pH、不同温度和光照及不同代数的菌株产孢能力后，初