使用 GCxGC 和 Agilent 7200 GC/ Q-TOF 对稻瘟病菌 Magnaporthe oryzae 进行非靶向代谢组学研究

摘要

全二维气相色谱 (GCxGC) 可提供卓越的色谱分离度，与精确质量高分辨率质谱 (MS) 结合使用时可大大促进复杂基质中的化合物鉴定和结构解析。利用 GCxGC/Q-TOF MS 在配备 Zoex ZX2 热调制器的 Agilent 7890B GC 和 Agilent 7200 GC/Q-TOF 上进行非靶向代谢组学研究，可对多种可能在稻瘟病菌 M. oryzae 的致病机理中发挥重要作用的代谢物进行鉴定。

前言

由 Magnaporthe oryzae 真菌引起的稻瘟病是最严重的栽培稻病害，也是对全球食品安全的巨大威胁，每年导致水稻作物减产 10%-30%。这种稻瘟病随气候的变化不断蔓延到新的地区。因此，迫切需要采取具有环境可持续性的稻瘟控制策略。而制定这样的策略必须对 M. oryzae 的侵染过程有深入的了解。

除作为重要的植物病原体以外，M. oryzae 还具有许多与其他重要谷物病原体相似的特性，使其成为开展广谱农作物病害控制研究的最佳模型生物体。这些病原体具有共同的侵染机理，它们利用形成于叶片表面的被称为附着胞的特殊细胞，并产生巨大的静水膨压，从而使菌丝侵入下方的植物表皮细胞。

M. oryzae 所采用的定殖于水稻细胞的代谢策略基本上还不为人知。本应用简报介绍了一项旨在揭示 M. oryzae 中养分吸收和利用的研究，其可能有助于阐明侵染过程，并有助于确定有效病害治理的新途径。本研究对 M. oryzae 的野生型 (WT) 菌株 (Guy11) 与删除编码中心氮素调节因子(D nut1)、碳调节因子 (D mdt1)和碳-氮代谢调节因子 (D tps1) 的关键代谢调控基因后得到的非致病突变菌株的代谢组进行了比较。

利用全二维气相色谱 (GCxGC) 与高分辨率精确质量数四极杆飞行时间质谱 (Q-TOF MS) 相结合对 M. oryzae 的 WT 分离菌株与三种非致病突变菌株的代谢组进行了比较。该方法揭示出可能在 M. oryzae 的致病机理中发挥作用的大量代谢产物。

结论

本研究使用 GCxGC/Q-TOF MS 方法对 M. oryzae 的野生型分离菌株与靶向删除关键代谢调控基因得到的非致病突变菌株的代谢组进行了比较。与 nut1 基因在氮代谢中的作用、mdt1 在碳代谢中的作用以及 tps1 在碳氮综合代谢中的作用一致，各菌株中鉴别出的含碳化合物和含氮化合物存在统计显著性变化。明显变化包括形成甘油所需的功能性 Tps1 蛋白质，这种代谢产物对附着胞中膨压的产生非常重要。这些结果可提供有关代谢调节因子如何确保碳和氮准确同化为侵染过程中关键代谢物的证据。