寡雄腐霉（Pythium oligandrum）是一種寄生于土壤中的卵菌，是植物病原真菌和卵菌的有效寄生菌。P. oligandrum利用細(xì)胞壁降解酶（如纖維素酶和幾次質(zhì)酶）滲透和入侵其宿主或獵物。在之前的研究中，寡雄腐霉產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）被認(rèn)為有助于抑制其宿主，如莖點(diǎn)霉屬、鐮孢菌屬、腐霉屬等多種病原菌。揮發(fā)性有機(jī)化合物是典型的小化合物，具有低分子質(zhì)量和親脂性部分。這些特征有助于其在通過充滿氣體和水的孔隙在地上和地下蒸發(fā)和擴(kuò)散。微生物揮發(fā)性化合物含有廣泛的化學(xué)官能團(tuán)和類別，包括醇、吡咯、硫化物、萜烯、酮、烯和苯類。卵菌可以釋放酯、酸、醇、酮和含硫的多種揮發(fā)性有機(jī)化合物。不同菌種產(chǎn)生的單個(gè)微生物VOCs可以起到抑制其他菌種的作用。VOCs可直接或間接損傷DNA和細(xì)胞膜，導(dǎo)致形態(tài)和超微結(jié)構(gòu)畸形，如2-壬醇暴露導(dǎo)致根串珠霉菌的DNA損傷，十烷酸可以破壞白色念珠菌的細(xì)胞膜，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)內(nèi)容物流出。經(jīng)VOCs相關(guān)應(yīng)激的細(xì)胞可能會(huì)對基本細(xì)胞成分造成損傷，這可能導(dǎo)致DNA損傷和過量活性氧的產(chǎn)生，從而進(jìn)一步導(dǎo)致對細(xì)胞膜和DNA的破壞。揮發(fā)性化合物2-十一烷酮、苯并噻唑、1,3-丁二烯和N，N-二甲基十二烷基胺導(dǎo)致菌核菌中ROS積累。

群結(jié)腐霉（Pythium myriotylum）是一種壞死植物病原體，在生姜、煙草和大豆等重要經(jīng)濟(jì)作物上能夠引起土傳病害，而其也是P. oligandrum的寄主之一。在雙培養(yǎng)對抗試驗(yàn)中，寡雄腐霉寄生于群結(jié)腐霉后迅速導(dǎo)致被寄生菌株的細(xì)胞死亡。自然環(huán)境下，潮濕的條件有利于病原卵菌的傳播，部分原因是水流動(dòng)使卵孢子更容易分散，因此更容易引起植物疾病。之前的研究中，作者發(fā)現(xiàn)了一株寄生于土壤中的卵菌的寡雄腐霉。在本研究中，作者以P. myriotylum作為P. oligandrum的寄主模型，研究P. oligandrum產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物是否有助于其拮抗作用，以及揮發(fā)性有機(jī)物與兩者互作的關(guān)系。

作者采用二分板裝置試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)與未暴露于P. oligandrum VOCs 的 P. myriotylum 對照相比，P. oligandrum 產(chǎn)生的 VOCs導(dǎo)致P. myriotylum 游動(dòng)孢子的產(chǎn)生和活力顯著降低。從菌落計(jì)數(shù)可知，預(yù)先暴露于VOCs的P. myriotylum 產(chǎn)生的游動(dòng)孢子的萌發(fā)率明顯降低。總體而言，雙分板表明寡雄腐霉VOCs 對病原菌絲生長以及游動(dòng)孢子的產(chǎn)生和活力具有顯著的抑制作用。進(jìn)一步通過掃描電子顯微鏡觀察暴露于VOCs的P. myriotylum的形態(tài)變化，SEM顯微成像顯示，P. oligandrum VOCs可導(dǎo)致P. myriotylum菌絲區(qū)室變形、收縮和破裂等形態(tài)異常。由于暴露于VOCs的菌絲表現(xiàn)出嚴(yán)重的表面結(jié)構(gòu)異常。因此采用透射電子顯微鏡來研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，發(fā)現(xiàn)處理組菌絲細(xì)胞質(zhì)物質(zhì)分散且雜亂無章，細(xì)胞中最明顯的異常是細(xì)胞膜的扭曲和溶解以及細(xì)胞器的明顯消失。SEM和TEM分析表明，當(dāng)暴露于寡雄腐霉產(chǎn)生的VOCs時(shí)，病原菌的菌絲的形態(tài)和超微結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化，導(dǎo)致其細(xì)胞結(jié)構(gòu)變形，細(xì)胞器物質(zhì)散布在細(xì)胞質(zhì)中。這表明細(xì)胞膜和細(xì)胞器可能是P. oligandrum分泌的 VOCs 的潛在靶標(biāo)。通過轉(zhuǎn)錄組分析，發(fā)現(xiàn)暴露于P. oligandrum VOCs的P. myriotylum的差異基因中與解毒功能相關(guān)的基因顯著上調(diào)，證明寡雄腐霉產(chǎn)生的VOCs對群結(jié)腐霉菌絲具有毒性作用。

圖1 P. oligandrum揮發(fā)性有機(jī)物導(dǎo)致P. myriotylum的超微結(jié)構(gòu)異常

采用GC-MS從P. oligandrum中鑒定出23種揮發(fā)性有機(jī)化合物，選擇峰面積相對較高的（>1）12種化合物（甲基庚烯酮、3-辛酮、癸酸乙酯、1-辛醛、α-蒎烯、d-檸檬烯、十二烷、2-十一酮、2-庚酮、蒎二醇、十六烷和2-苯基乙醇），用于篩選對P. myriotylum的抗菌活性。發(fā)現(xiàn)在 12 種單獨(dú)的VOC中，甲基庚烯酮 (96%)、d-檸檬烯 (85%)、2-十一酮 (70%) 和 1-辛醛 (66%) 測量到對P. myriotylum菌絲生長的較強(qiáng)抑制作用；2-庚酮 (47%)、3-辛酮 (43%)、α-蒎烯 (30%) 和 2-苯基乙醇 (29%) 對菌絲生長有中等抑制作用；蒎二醇（18%）、十六烷（15%）、十二烷（10%）和癸酸乙酯（9%）的抑制效果最差。此外，暴露于P. oligandrum VOCs會(huì)導(dǎo)致P. myriotylum中活性氧的積累，并預(yù)降低P. myriotylum對植物宿主的毒性。

總體而言，P. oligandrum產(chǎn)生的VOCs可以導(dǎo)致植物病原卵菌P. myriotylum的形態(tài)和超微結(jié)構(gòu)異常并抑制其生長，并證明了寡雄腐霉產(chǎn)生的VOCs可能是除水解酶之外另一個(gè)影響其寄生作用的重要因素，有助于其在特定生態(tài)位（例如土壤）中發(fā)揮微生物寄生的生態(tài)作用，也可能有助于使用寡雄腐霉制劑進(jìn)行病害的生物防治。