【专家视角】河南师范大学杨清香团队Nature Communications｜农用杀菌剂重塑环...

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（来源：生态修复网）

文章信息

第一作者：秦朝

通讯作者：王强 副教授，杨清香 教授

通讯单位：河南师范大学

https://doi.org/10.1038/s41467-026-73958-5

科学问题

农用杀菌剂长期赋存于农田土壤及周边水体沉积物中，对环境真菌施加了持续的选择压力，驱动其耐药性演化。然而，这一过程的驱动机制及其潜在的生态与健康影响，目前尚不清晰。具体而言：

1. 环境真菌是否已演化出大量耐受农用杀菌剂和临床抗真菌药物的多重耐药菌株？

2. 环境真菌多重耐药表型形成的分子调控机制是什么？

3. 杀菌剂胁迫除诱导耐药外，是否会同步激活真菌毒力与产毒通路，进而加剧人畜健康风险？

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尽管细菌耐药性已引起全球关注，真菌耐药性却常被忽视。环境真菌对杀菌剂的耐药现象正对公共卫生构成潜在威胁，然而耐药真菌的生态分布特征及其与人类临床治疗的关联尚不明确。本研究聚焦河南省农田土壤及黄河干支流沉积物，综合残留监测、真菌高通量测序、大规模分离培养及多组学分析，系统解析了农业生态系统中杀菌剂残留与耐药真菌的赋存特征。研究发现，多种杀菌剂广泛存在且生态风险高；同时，环境样品中耐药真菌普遍检出，从中共分离超过3900株耐药菌株，筛选及分子生物学鉴定获得358株多重耐药真菌，证实农田土壤与河流沉积物是临床相关耐药病原真菌的重要储库。机制解析表明，环境真菌多重耐药表型源于靶基因修饰、药物外排泵过表达及应激适应通路的共同作用；而三唑类杀菌剂胁迫更可同步激活真菌毒力因子表达与毒素合成通路。上述发现揭示了农业生态系统是耐药真菌的关键储库，亟需重新评估杀菌剂使用策略，以兼顾作物安全、生态系统稳定并保障临床抗真菌药物的有效性。

图文导读

本研究系统采集了42个农田土壤和39个邻近河流沉积物样品，首先对5种杀菌剂（三唑酮、戊唑醇、腈菌唑、多菌灵、嘧菌酯）的残留特征进行了全面分析。结果显示，多种杀菌剂在环境样品中已广泛检出；与此同时，耐药真菌在农田土壤和河流沉积物中已普遍存在。后续研究以农田土壤为重点开展真菌群落高通量分析，在土壤样品共检出349个真菌属，其中毛匍孢属（Botryotrichum）、瓶霉属（Lophotrichus）、枝顶孢属（Acremonium）、裂壳属（Schizothecium）和枝鼻菌属（Cladorhinum）为优势类群。同时，从含杀菌剂的培养平板中分离回收了326属耐药真菌。值得注意的是，在土壤群落丰度前30属中，仅Stolonocarpus属未在可培养耐药菌株中出现。这些发现提示，广泛的杀菌剂残留可能通过扩散污染影响土壤健康和水质，同时也促进真菌种群中的耐药性发展。

随后，本研究从上述样品中分离获得3994株耐药菌株，经筛选及分子生物学鉴定，获得358株多重耐药（MDR）真菌，它们不仅对三唑类杀菌剂潜在耐药，也对其他2类杀菌剂呈现交叉耐药。其中，曲霉属（Aspergillus）、镰刀菌属（Fusarium）、链格孢菌属（Alternaria）、篮状菌属（Talaromyces）为优势类群。农业杀菌剂及临床一线抗真菌药物敏感性测试表明，若干分离株表现出对杀菌剂极高的耐受性，耐药性也延伸至多种一线抗真菌药物。即使在田间推荐施用浓度10–30倍条件下，40.19%-97.20%的菌株仍对三唑类杀菌剂（三唑酮、戊唑醇、腈菌唑）具有耐药性；19.63%的菌株（尤其是曲霉和迈耶氏酵母菌）对5种杀菌剂的最高测试浓度也呈现耐药（图1a）。20株环境分离株对临床抗真菌药物敏感性测试结果显示，它们对氟康唑（FLU，90.00%）和伏立康唑（VO，80.00%）的耐药率较高，而伊曲康唑（ITC）敏感菌株占60.00%；对卡泊芬净（CAS）、两性霉素B（AMB）、氟胞嘧啶（AFY）、咪康唑（MCL）、灰黄霉素（AGF）的耐药率也在40%-95%之间（图1b）。迈耶氏酵母菌属（Meyerozyma）、曲霉属、镰刀菌属菌株对多数临床药物表现出耐药。最低抑菌浓度（MIC值）定量测定表明，多数环境分离株的MIC高于敏感菌株，尤其三唑酮、腈菌唑和嘧菌酯的MIC分布明显偏高（图1c）。上述20株多重耐药菌株的临床药物测试亦呈现相似情况，它们对氟康唑的耐药尤为突出（图1d）。

图1 多重耐药真菌的药物敏感性

（a）多重耐药真菌对农业杀菌剂的敏感性；（b）多重耐药真菌对临床抗真菌药物的敏感性。（c）多重耐药真菌对农业杀菌剂的最低抑菌浓度；（d）多重耐药真菌对临床抗真菌药物的最低抑菌浓度。

为揭示多重耐药真菌在三唑类杀菌剂胁迫下的适应性机制，研究选取代表性多重耐药菌株烟曲霉（Aspergillus fumigatus）、产紫篮状菌（Talaromyces purpureogenus）和尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）开展了转录组学与分子对接分析。差异表达分析显示，在三唑类杀菌剂胁迫下，甾醇生物合成通路相关基因（CYP51、ERG2–7、ERG24–26）、药物外排转运蛋白基因（PDR、ABCB1、MDR1）及应激/适应性通路基因（SIDA、plc、AF470）的表达均显著上调（图2a）。分子对接模拟显示，耐药烟曲霉的羊毛甾醇14α-去甲基酶（Cyp51）与三唑类的结合亲和力下降（图2b）；对ABC转运蛋白PDR进行分析则提示杀菌剂胁迫下药物-转运体相互作用增强，外排活性增强（图2c）。流式细胞实验进一步为耐药真菌外排活性增强提供了直接实验证据，这与外排泵基因的转录上调结果一致。综上，本研究指出，环境真菌多重耐药表型主要源于三种机制：（1）靶点修饰导致杀菌剂结合亲和力下降（2）外排泵过表达，以及（3）应激适应通路激活。

图2 多重耐药真菌的耐药机制分析

（a）三唑类杀菌剂胁迫下多重耐药真菌的差异基因表达。（b）烟曲霉Cyp51蛋白与三唑酮的分子对接。（c）烟曲霉PDR蛋白与腈菌唑的分子对接。

研究还发现，三唑类杀菌剂胁迫显著诱导了多重耐药真菌中毒力与真菌毒素生物合成基因的同步上调。在烟曲霉中，源自法尼基焦磷酸的烟曲霉素生物合成通路及烟曲霉震颤素基因均被激活；另外，对毒力与真菌毒素生物合成基因的qPCR验证与其RNA-Seq结果趋势一致（图3a-c），烟曲霉素合成基因（AF470、AF520）及烟曲霉震颤素合成基因（FTMA、FTMF）明显上调，同时毒力相关基因（SIDA、PLB、plc）表达量亦明显升高，表明杀菌剂胁迫下耐药真菌的致病潜能可能增强。上述结果提示，多重耐药真菌在杀菌剂压力下可能采取双重适应策略，在增强其耐药性的同时可能提升毒力潜能，进而提高生态适应性，这也相应地加剧了潜在的人类健康风险。

图3 杀菌剂胁迫下多重耐药真菌毒力与毒素合成基因的表达

（a）烟曲霉；（b）产紫篮状菌；（c）尖孢镰刀菌

研究结果表明，农田土壤中广泛存在的杀菌剂残留不仅是环境污染的标志，更与人类临床真菌耐药性的产生密切相关。含杀菌剂残留的农田土壤构成了耐药真菌的储库，这些真菌在耐受多种农业杀菌剂的同时，对临床一线抗真菌药物呈现明显的交叉抗药性。此外，杀菌剂胁迫可诱导真菌毒力因子及毒素生物合成通路的转录激活，可能使耐药性增强与致病潜能提升产生直接关联。因此，农业生态系统是全球抗真菌耐药性的关键储库与传播节点，构成了连接环境污染与临床治疗失败的潜在风险网络。

作者介绍

秦朝，博士,河南师范大学生命科学学院2020级博士生，研究方向为环境微生物耐药。

王强，博士，河南师范大学生命科学学院副教授，硕士生导师，担任Food & Medicine Homology期刊编委，中国中药协会中药生物工程专委会委员，近年来，主持河南省重点研发专项、河南省科技攻关项目、校企合作项目多项，发表SCI一区、二区论文10余篇。长期从事环境中微生物群落结构的演化机制、新型污染物的传播与控制、中药材微生物发酵等方面的研究。

杨清香，博士，河南师范大学生命科学学院教授，博士生导师，担任国际Biochemical Engineering Journal期刊编委，河南省农业微生物生态与技术国际联合实验室主任，中原科技创新领军人才，国家现代农业产业体系中药材体系岗位科学家，中国生态学会微生物生态专业委员会委员。主持国家自然科学基金河南省联合基金重点项目1项，国家重点研发计划课题1项、国家自然基金面上项目5项，发表学术论文160余篇，其中在SCI一区、二区发表论文50余篇。长期从事环境微生物耐药、微生物与重金属、有机污染物之间的相互作用研究。

文章来源：生态环境科学

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