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禾谷镰刀菌中RdRP相关基因的功能研究

林晶  
【摘要】:禾谷镰刀菌(Fusarium gramminearum)是小麦赤霉病(Fusarium head blight,FHB)的主要致病菌。赤霉病不仅会造成各种寄主作物减产,更重要的是会产生多种真菌毒素,严重影响食用者健康。禾谷镰刀菌的有性生殖在赤霉病流行中发挥重要作用。有性阶段产生的子囊壳可以在病残体上越冬,其释放的子囊孢子是小麦扬花期的初侵染源。因此,深入研究禾谷镰刀菌的有性发育可为赤霉病防治提供新的思路和靶标。RNA-dependent RNA polymerases(RdRP)蛋白在真核生物中高度保守,普遍存在于真菌与植物中,是RNAi通路的重要调控因子。本研究采用分割标记法对禾谷镰刀菌中的5个RdRP蛋白编码基因Fgrdrp1、Fgsad、Fgrdrp3、Fgrdrp4和Fgrdrp5进行了敲除,获得了这5个基因的敲除突变体以及Fgsad/rdrp3双敲除突变体,并对其在无性与有性阶段的功能进行了探索,主要结果如下:(1)Fgsad与Fgrdrp3在无性态的产孢阶段与有性态的子囊壳成熟阶段表达量显著上调,Fgrdrp1、Fgrdrp4和Fgrdrp5的表达量在以上阶段无明显变化;(2)在无性阶段,这些基因的缺失均不影响禾谷镰刀菌的菌丝生长速率、菌落形态、分生孢子产孢量以及对小麦胚芽鞘的致病力;但Fgsad敲除后产生的分生孢子长度小幅降低,而Fgsad/rdrp3双敲除突变体的分生孢子长度与野生型PH-1无明显差别。(3)在有性阶段,这些基因的缺失不影响禾谷镰刀菌子囊壳的产生,但Fgrdrp1、Fgsad与Fgrdrp5敲除后子囊壳孔口附近鞭须的数量及子囊孢子释放明显减少,其中ΔFgsad菌株表现最为明显。进一步研究发现ΔFgrdrp1菌株的子囊发育异常,子囊内成熟的子囊孢子明显减少。ΔFgsad菌株的子囊壁提前消解,子囊壁无法将子囊孢子完整包裹,其互补转化子表型恢复。ΔFgrdrp3菌株子囊释放能力正常,而且ΔFgsad/rdrp3双敲除突变体与ΔFgsad的表型几乎一致,说明Fgrdrp3在此过程中不发挥作用。ΔFgrdrp5菌株的部分子囊孢子发育缺陷,形状不规则,这可能是其子囊孢子释放量降低的主要原因。综上所述,Fgrdrps在禾谷镰刀菌的有性生殖阶段发挥重要作用,但具体作用机制有待深入研究。


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