禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum)能够侵染小麦等禾谷类作物产生小麦赤霉病。小麦赤霉病分布很广、破坏性很强,在世界范围内都有传播。我们国家从1970年以来一直采用以多菌灵为主的苯并咪唑类杀菌剂来防治小麦赤霉病,并且取得很好的成效。然而,近年来,禾谷镰孢菌对苯并咪唑类杀菌剂的抗药性问题日益突出,多菌灵等苯并咪唑类杀菌剂的防治效果显著下降。研究发现,禾谷镰孢菌β2微管蛋白不同氨基酸位置的点突变是产生对多菌灵抗药性的主要原因。β2微管蛋白167位点突变不仅能导致禾谷镰孢菌对多菌灵产生抗药性,同时也会使禾谷镰孢菌的DON毒素产量增加,不仅降低了小麦的品质,还导致人和动物中毒。目前毒素合成的途径已被阐明,但是毒素合成的调控方式仍不明确。前期研究表明,β2微管蛋白不同氨基酸位置的点突变对DON毒素的调控是间接的,并且与己糖激酶基因Fghxk的表达有关。同时,β2微管蛋白167位点突变还导致了丙酮酸含量的上调,这与DON毒素产量上调的结果一致。因此,为了探究丙酮酸是否参与β2微管蛋白不同氨基酸位置的点突变对DON毒素的调控,我们探索了丙酮酸以及丙酮酸的合成与代谢与DON毒素的关系。首先,我们通过外源添加丙酮酸探究了外源丙酮酸与DON毒素的关系。我们选取野生型敏感菌株和实验室诱导的抗药性菌株以及己糖激酶的敲除突变体作为研究的材料。研究发现,通过丙酮酸含量的测定,在诱导的抗药性菌株中丙酮酸的含量显著高于敏感菌株2021,这与前期毒素的产量趋势一致。通过外源添加丙酮酸,无论是禾谷镰孢菌的离体产毒还是活体产毒,DON毒素的合成能力都显著提高。同时,研究表明,与不添加丙酮酸的菌株相比,添加丙酮酸的菌株Tri家族基因的表达量显著提高。在致病力的实验中,外源的丙酮酸能够促使禾谷镰孢菌对小麦的侵染,我们推测可能是由于外源丙酮酸刺激了毒素的合成从而间接诱导了致病力的提高。这些结果表明,外源的丙酮酸能够影响毒素的合成,参与了毒素合成的调控。探索了外源丙酮酸与DON毒素之间的关系,我们随后在菌株内部加强丙酮酸的合成来进行进一步的研究。前期研究表明,己糖激酶是糖酵解途径中合成丙酮酸的关键催化酶,在禾谷镰孢菌中由Fghxk和FghxkR控制合成,其中Fghxk是主要的编码基因。因此我们构建了己糖激酶FghxK的过表达突变体进一步探索丙酮酸与产毒之间的关系。研究表明,Fghxk的过表达突变体菌丝生长稍微缓慢,气生菌丝显著减少,表明Fghxk的过表达能够影响菌丝的生长。Fghxk基因过表达突变体对杀菌剂和各种细胞壁毒剂的敏感性均无变化,但对离子渗透压的抗性增强。基因表达分析表明Fghxk基因过表达能显著增强Tri家族基因的表达。DON毒素含量测定也表示过表达Fghxk基因能够增强DON毒素的合成能力。碳源利用测定表明过表达Fghxk基因会减弱禾谷镰孢菌对果糖的利用。以上结果表明,Fghxk基因过表达能够影响禾谷镰孢菌形态学表型和DON毒素的合成。丙酮酸主要通过丙酮酸脱氢酶复合体进行分解代谢,在生物体中扮演着重要角色。基因表达量分析表明在田间多菌灵抗性菌株中,丙酮酸脱氢酶复合体中Fglat1的表达量显著提高,因此接下来的研究主要通过敲除Fglat1蛋白来进一步探索丙酮酸与DON产毒之间的关系。研究表明,无论是野生型2021菌株还是田间抗性菌株167,敲除Fglat1均能显著影响菌丝生长,并且菌丝呈黄色。在渗透压敏感性方面,Fglat1敲除突变体对KC1和LiCl表现更敏感而对NaCl表现抗性,说明了 Fglat1可能与K+和Li+的运输有关。然而,Fglat1敲除突变体则表现出多杀菌剂多菌灵和细胞壁毒剂的抗性增强。毒素合成能力测定显示Fglat1敲除突变体产毒能力以及Tri家族基因的表达量显著下降,表明在禾谷镰孢菌中Fglat1参与了毒素合成的调控。碳源利用测定表明Fglat1敲除体对蔗糖、葡萄糖和果糖的利用都有不同程度的下降。以上结果表明,Fglat1基因参与了对禾谷镰孢菌形态学表型和DON毒素合成的调控。