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作物花器官病害严重威胁农业生产安全,因为这些病害不仅降低作物产量和品质,甚至会引入食物毒素。水稻是世界主要的粮食作物之一,近年来正遭受一种严重的花器官病害—稻曲病的危害。稻曲病病原菌通过侵染正在发育的水稻颖花,形成体积数倍于水稻籽粒的球状病原体,即稻曲球。稻曲球的形成不仅导致穗部秕谷率增加而影响产量,而且产生多种真菌毒素影响品质、威胁人畜健康。然而,目前人们对稻曲病菌致病机理及其与水稻互作机制的认识十分有限。在实验室前期工作中,我们筛选到一个致病相关候选基因Uv5918,该基因在稻曲病菌侵染水稻颖花过程中高度诱导表达。本论文围绕Uv5918的生物学功能与作用机制展开了深入研究,阐明了Uv5918在稻曲病菌致病过程中的作用,解析了Uv5918靶向宿主蛋白抑制植物免疫反应的作用机理,挖掘到水稻花器官中的重要免疫组分和抗病信号通路,为揭示稻曲病的发病机理和抗病遗传机制提供了重要理论基础。取得的主要研究结果如下:1.Uv5918是稻曲病菌的一个重要毒力因子生化实验表明,Uv5918编码一个具有几丁质结合能力和几丁质酶活性的分泌蛋白。该基因在稻曲病菌侵染水稻颖花全过程中显著上调表达,并在病原菌侵染至颖花内部器官后表达量最高。遗传学证据显示,Uv5918基因功能缺失突变体接种水稻颖花后不能形成稻曲球;但是,该突变体菌丝仍然可以扩展至颖花内部各个花器官,并形成少量菌丝体。然而,Uv5918功能缺失突变体在固体培养基上的生长与野生型菌株没有明显的差异。2.Uv5918能够结合几丁质并抑制几丁质诱导的水稻免疫反应将Uv5918全长编码区通过转基因技术异源表达在水稻中后,能够显著抑制几丁质诱导的防御相关基因的表达并促进稻曲病菌的侵染。通过体外实验证明,原核表达蛋白Uv5918能够与水稻几丁质受体OsCEBiP竞争性结合游离的几丁质,从而削弱几丁质诱导的活性氧迸发和防御相关基因的表达。3.Uv5918与OsCEBiP和OsCERK1相互作用并干扰其识别几丁质触发的免疫信号通路通过体内和体外实验证明,Uv5918与几丁质膜受体蛋白OsCEBiP及其共受体OsCERK1直接互作,并且通过互作干扰OsCERK1和OsCEBiP同源或异源寡聚体的形成,从而抑制OsCERK1和OsCEBiP识别几丁质触发的免疫反应,如活性氧迸发和防御相关基因的表达。值得注意的是,Uv5918与OsCEBiP或OsCERK1相互作用以及干扰OsCEBiP/OsCERK1寡聚化并不依赖于Uv5918几丁质催化口袋保守位点,说明Uv5918在抑制宿主免疫方面具有双重功能。此外,OsCEBiP和OsCERK1的氨基酸序列在水稻自然群体中高度保守,Uv5918的氨基酸序列在＞50个不同地区来源的稻曲病菌菌株间完全一致,说明Uv5918-OsCEBiP/OsCERK1互作模块在稻曲病菌-水稻病害系统中高度保守,这可能是水稻普感稻曲病的重要原因之一。4.Uv5918能进入水稻细胞并抑制宿主免疫反应免疫荧光和免疫胶体金定位发现Uv5918能够被稻曲病菌分泌并转运到水稻花丝细胞中。将Uv5918蛋白去掉信号肽区域后在水稻中异源表达(Uv5918△SP),显著抑制几丁质介导的胼胝质积累、活性氧迸发和抗性相关基因表达等水稻免疫反应。Uv5918△SP转基因水稻对稻曲病的敏感性显著增加,并伴随过氧化氢积累减少和防御相关基因的表达减弱。上述结果表明,Uv5918能进入宿主细胞内发挥毒性功能。5.Uv5918靶向OsRACK1A并削弱其与OsRBOHB的互作及活性氧产生酵母双杂交实验筛选得到水稻细胞内与Uv5918互作的支架蛋白OsRACK1A,进一步通过免疫共沉淀、GST pull-down、双分子荧光互作等实验证明Uv5918与OsRACK1A直接相互作用。Uv5918对OsRACK1A的亚细胞定位和蛋白稳定性没有明显影响,但能削弱OsRACK1A与OsRBOHB的相互作用,最终影响几丁质诱导的活性氧爆发。6.OsRACK1A和OsRBOHB调控水稻对稻曲病的抗性过表达OsRACK1A可显著增强水稻对稻曲病的抗性。相反,OsRACK1A RNAi干涉植株比野生型更感稻曲病。OsRBOHB基因功能缺失突变体（OsRBOHB）对稻曲病的敏感性显著增加。抗性反应分析表明,与野生型对照相比,OsRACK1A过表达的水稻颖花中过氧化氢积累更多、防御相关基因表达水平更高;而OsRACK1A RNAi和OsRBOHB突变体具有相反的变化趋势。这些结果说明,OsRACK1A与OsRBOHB参与水稻颖花对稻曲病菌的免疫。综上所述,本研究发现分泌型几丁质酶Uv5918是稻曲病菌保守的致病因子,在稻曲病菌-水稻互作中发挥多重毒性功能,一方面在水稻细胞外结合几丁质及几丁质受体抑制寄主免疫,另一方面进入水稻花器细胞内部靶向免疫复合体支架蛋白OsRACK1A而抑制免疫。本研究结果为揭示稻曲病的发病机理提供了新的理论依据,同时为稻曲病抗病研究提供了新线索,将来的研究可以挖掘躲避Uv5918靶向的OsCEBiP、OsCERK1、OsRACK1A的新等位变异,以创制稻曲病抗病材料。