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由于气候和耕作制度的变化,赤霉病发病在我国呈加重趋势,近十年年均发病面积8400万亩,约占全国小麦种植面积的30%。赤霉病不仅威胁小麦的安全生产,其产生的呕吐毒素及衍生物更会严重危害人畜的健康,一直收到世界的广泛关注。禾谷镰刀菌(Fusarium granminearum)是引发小麦和大麦赤霉病(Fusarium head blight,FHB)的主要病原菌,并且也是研究植物病原真菌的主要模式真菌之一,其产生的脱氧雪腐镰刀菌烯醇(Deoxynivalenol,DON)是其主要的致病因子。在真核细胞中内质网(Endoplasmicreticulum,ER)处于一个高度动态的过程中,它是由内膜构成的封闭的网状管道系统,具有高度的多形性。内质网的形态结构及稳定性对其生物学功能的正常发挥起着重要的作用。研究表明,内质网是真核生物中重要的细胞器,担负着很多代谢产物的生成,其中就包括DON毒素和脂滴。禾谷镰刀菌合成毒素,首先需要在内质网上形成一类叫做毒素体(toxisome)的细胞器,该细胞器被认为由内质网重塑形成,同时脂滴的正常形成也影响毒素体形成。Seylp及其同源蛋白(在动物中叫Atlastin1/2/3,在拟南芥中叫Rhd3)都属于类动力GTP酶,参与内质网的同源膜融合,对内质网的形态构造起着关键的作用。在酿酒酵母中,Sey1参与内质网膜融合以及酵母交配过程中的核融合过程;在哺乳动物中,At1astins参与内质网的同源膜融合及管状内质网的形成;在拟南芥中,Rhd3(RootHair Defective3)的缺失导致植物产生短而波状的根毛。Sey1对内质网正常的生理功能至关重要,然而对于病原真菌中Sey1的功能研究却还是一片空白。本研究从禾谷镰刀菌PH-1菌种基因组中鉴定到1个类动力GTPase蛋白FgSey1。SMART结构域分析表明:该蛋白具有5个结构域,GTPasedomain、Helixbundles domain、Transmembranesegments、Cytosolictaildomains,其中跨膜功能域为两个。同时与真核生物Sey1/Atlastin一致,FgSey1在禾谷镰刀菌中也定位于内质网上。为进一步探究禾谷镰刀菌FgSey1的生物学功能,采用Split-marker PCR技术构建了敲除片段,并通过PEG介导的原生质体转化的方法获得FgSEY1基因的敲除突变体。在敲除突变体的基础上,进一步构建了△Fgsey1/FgSEY1回补菌株。得到如下主要研究结果:(1)相较于野生型菌株PH-1,△Fgsey1敲除突变体的菌丝变密,菌落大小约为野生型PH-1菌落大小的25.5%,气生菌丝生长速率减缓,分生孢子产生量下降30%,色素产量降低。△Fgsey1突变体的分生孢子形态异常,隔膜数大多数为3个,较野生型PH-1明显减少。(2)△Fgsey1突变体的致病性相比于野生型菌株PH-1降低了大约95%,而且突变体DON毒素产量的极显著下降与致病性缺陷表现出一样的趋势。(3)与野生型菌株PH-1相比,△Fgsey1突变体TRI基因表达量明显下调,TRI1、TRI4、TRI5、TRI6和TRI10表达量分别下降了 72%、49%、51%、91%和50%左右。(4)与野生型菌株PH-1相比,△Fgsey1突变体对盐胁迫、氧化胁迫反应更敏感,对细胞壁完整性胁迫的耐受能力却有所提高,在毒素体和脂滴合成方面出现了明显的缺陷。为明确FgSey1功能域功能,对每个功能域逐个进行突变研究,结果显示,所有结构域分别缺失后,在生理表型上与△Fgsey1突变体表现一致;GTPase功能域的第63、87位氨基酸突变,突变体与△Fgsey1突变体表型一致;Helix bundles结构域的第644位氨基酸突变对菌株生理过程不产生任何影响。总之,这些结果表明禾谷镰刀菌FgSey1,对于菌丝发育、无性生殖、胁迫反应、色素合成、毒素体形成及脂滴合成是至关重要的。