玉米大斑病菌StCHS6基因的功能研究

【作者】 王小敏； 薛江芝； 毕欢欢； 巩校东； 刘玉卫； 谷守芹； 韩建民； 董金皋；

【机构】 河北省植物生理与分子病理学重点实验室河北农业大学真菌毒素与植物分子病理学实验室；

【摘要】 玉米大斑病（Corn northern leaf blight）是世界各玉米产区严重威胁玉米生产的一种真菌性病害,在我国以东华北春玉米区和南方海拔较高、气温较低的山区较易流行,直接影响玉米的产量和品质,常造成较为严重的经济损失。然而,其致病菌玉米大斑病菌（Seosphaeria turcica）变异频繁、生理分化明显,一旦抗病品种丧失抗性,将直接威胁到玉米生产安全。近年来,立足于对病原菌的致病性调控机制分析、探讨更加有效的防治途径已引起了植物病理学家和植物遗传育种学家的高度关注。几丁质是构成真菌细胞壁的重要组分之一,由位于细胞膜上的几丁质合成酶CHS （Chitin Synthase）合成。由于在植物和动物中不存在几丁质和几丁质合成酶基因,因此以几丁质合成酶为靶标的抗真菌药物对于高等真核生物来说具有较高的安全性,但是目前专门针对细胞壁几丁质成分的杀菌剂有待于进一步的开发。本课题组在前期研究中利用生物信息学技术从玉米大斑病菌基因组中鉴定出了8个几丁质合成酶基因（StCHS1-StCHS8）,本研究在此基础上,进一步利用RNA-Seq技术分析了病菌中几丁质合成酶家族基因在菌丝、分生孢子、芽管、附着胞和侵入钉等5个关键发育时期基因的表达模式。结果表明,StCHS1、StCHS2、StCHS5、StCHS6在5个时期均有较高的表达量;StCHS3、StCHS4、StCHS7、StCHS8表达量较低（FPKM<1）或者不表达;StCHS6在5个时期的表达量均为最高,预示StCHS6在病菌的生长发育及致病过程中可能发挥重要作用。本研究还发现,StCHS6位于玉米大斑病菌基因组scaffold₁:2066293-2069876 （-）的位置,基因全长为3 584 bp,CDS序列大小为2 703 bp。利用基因敲除技术获得了2株StCHS6基因敲除突变体△StCHS6-1和△StCHS6-2,分析发现,与野生型菌株相比,StCHS6基因敲除突变体菌落颜色变浅且菌丝更为致密,菌落生长速率减慢,菌丝细胞长度变短,不产生分生孢子,表明StCHS6基因参与病菌的生长发育过程。进一步研究发现,StCHS6基因敲除突变体由菌丝诱导出附着胞的过程延迟且穿透玻璃纸膜的能力减弱,在完整玉米叶片及刺伤叶片上都形成较小的病斑,表明StCHS6基因参与病菌的致病过程。该研究结果明确了StCHS6基因的部分功能,为深入研究玉米大斑病菌几丁质合成酶基因家族调控的分子机制奠定基础。更多还原