摘要
由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum )引起的小麦赤霉病(Fusarium head blight，FHB)严重威胁小麦的产量与品质，因此明确禾谷镰刀菌与小麦互作过程及机理，鉴定禾谷镰刀菌的重要致病基因，并以此创制新的禾谷镰刀菌防治靶点和策略，是保障粮食安全的迫切要求。转录因子可以参与调控细胞发育中的多种代谢和信号转导途径，GATA型转录因子在一些真核生物中参与的生命活动已被报道，例如通过参与氮代谢、铁载体合成、光调节等过程影响植物或真菌的生长、生殖和侵染等生命活动，但其在禾谷镰刀菌中的功能还有待深入探究。 本研究从禾谷镰刀菌各生长阶段的转录组数据中挖掘到在产孢和侵染阶段高水平表达的GATA转录因子FgNh1，推测其可能参与调控产孢及侵染过程，通过生物信息学分析、构建敲除突变体和回复菌株以及表型分析等实验，探究FgNh1在禾谷镰刀菌生长发育及致病中的功能，获得研究结果如下。 (1)FgNh1在真核生物中具有较高的同源性和保守性：为了分析FgNh1蛋白在真核生物中的进化关系和保守性，实验下载了FgNh1蛋白以及该蛋白在模式物种中的同源蛋白，构建系统发育树并进行蛋白结构域预测，发现FgNh1与黑僵菌(Metarhizium anisopliae)和粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)的亲缘关系较近，Nh1在真核生物中具有一个保守的GATA型锌指结构域。此外，亚细胞定位预测显示该蛋白定位于细胞核。 (2)FgNH1基因在产孢和有性生殖阶段高水平表达：为了分析FgNh1在禾谷镰刀菌各生长阶段的表达特征，实验采用qRT-PCR的方法对菌丝生长、产孢、侵染和有性生殖4个阶段的样品进行FgNH1表达分析，发现该基因在4个阶段均有表达，在产孢和有性生殖阶段高水平表达，推测其主要通过调控禾谷镰刀菌产孢和有性生殖过程从而影响对小麦的侵染。 (3)FgNh1定位于细胞核：为了确定FgNh1在细胞中发挥作用的具体位置，实验将FgNh1与绿色荧光蛋白GFP融合表达，通过荧光显微镜观察GFP信号，结果发现FgNh1定位于细胞核。 (4)成功获得FgNH1基因敲除突变体和回复菌株：为了探究FgNh1在禾谷镰刀菌生长发育及致病等过程中的功能，本研究以通用菌株PH-1为出发菌株，采用同源重组替换法对FgNH1进行敲除，经HYG抗性筛选以及PCR检测，获得2个独立敲除突变体转化子△Fgnh1.3和△Fgnh1.9。进一步通过原生质体转化法，将携有全长FgNH1片段的质粒转入△Fgnh1.9中，经PCR检测后，成功获得了回复菌株△Fgnh1.9/FgNH1(Compl.)。 (5)FgNh1参与调控禾谷镰刀菌的生长发育：为了探究FgNh1的功能，实验通过对野生型、突变体和回复菌株的营养生长、孢子形态、有性生殖、胁迫响应、色素合成等表型进行观察，结果表明FgNh1参与调控禾谷镰刀菌的营养生长、分生孢子形态、子囊壳产生、色素合成等过程，并调控禾谷镰刀菌对细胞壁胁迫和渗透胁迫的应答情况。 (6)FgNh1参与调控禾谷镰刀菌的DON毒素合成：禾谷镰刀菌的DON作为重要的毒力因子，其合成受TRI基因表达调控。为了分析FgNh1对毒素合成的影响，通过qRT-PCR进行分析，发现相比于对照PH-1，突变体中产毒基因TRI1、TRI4、TRI5、TRI6的表达显著下调，表明FgNh1影响TRI家族基因的表达。 (7)FgNh1参与调控禾谷镰刀菌的致病力：为了进一步探究FgNh1的功能，采用叶片戳伤接菌以及麦穗单花接种法进行致病性分析，结果发现，相比于对照，突变体致病力显著减弱，将FgNH1基因回补后，突变体致病力缺陷的表型能恢复至野生型水平，表明FgNh1参与调控禾谷镰刀菌的致病过程。 综上所述，本文通过生物信息学、基因表达模式、亚细胞定位、基因缺失和回补遗传材料的构建、生长发育表型及致病性等分析，对FgNh1参与调控的生命过程进行了探究，结果表明FgNh1在禾谷镰刀菌生长发育及致病等方面发挥着重要的作用，为揭示禾谷镰刀菌FgNH1致病的调控机制奠定了理论基础。
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