磷脂酶C基因在小麦赤霉病菌致病过程中的作用和分子机制

小麦赤霉病是影响小麦产量、质量的重要病害。禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）是小麦赤霉病的主要病原物，脱氧雪腐镰孢菌烯醇（deoxynivalenol, DON）等毒素是该病原物的主要致病因子。磷脂酶C（phospholipase C, PLC）在动植物信号转导中有重要作用，但在真菌中的功能和调控途径还缺乏系统研究。本研究通过克隆禾谷镰刀菌FgPLC基因，分析基因的结构特征；通过获得基因敲除突变体△FgPLC与回复突变体(△FgPLC/Fgplc和△FgPLC/Ntplc4)，比较野生型和突变体在致病性、生物学性状和DON毒素等方面的差别；根据DON毒素合成相关基因的表达和基因芯片，预测和分析受调控的基因，明确FgPLC影响DON合成的信号途径。本研究在理论上可以阐明FgPLC在致病中的作用和对DON毒素的调控功能及其分子机制，在实践上可为小麦赤霉病的防治提供理论依据。

磷脂酶C（phospholipase C, PLC）水解磷脂的甘油磷酸二酯键，产生三磷酸肌醇、磷脂酸、二脂酰甘油等第二信使，PLC在真核生物的生长和发育过程中发挥重要作用。小麦赤霉病是小麦的重要病害之一。小麦赤霉病主要为害小穗，直接造成麦粒产量损失，更重要的是病麦粒中残留的脱氧雪腐镰刀菌烯醇(dexynivalenol，DON) 等真菌毒素，严重影响籽粒的食用、饲用和种用价值。生物信息学分析表明禾谷镰刀菌基因组中含有6个FgPLC基因，编码蛋白都属于 PLC-δ 亚型。我们构建了6个基因的敲除突变体并对其功能进行了研究。其中FgPLC1敲除突变体（△plc1）影响了菌丝生长、分生孢子和子囊壳的产生，而其他5个基因不影响这些表型特征。△plc1降低分生孢子萌发率、芽管生长和孢子中的糖原积累。△plc1不能形成子囊壳和子囊孢子，增加了对高渗胁迫和细胞壁胁迫的敏感性。致病性测定表明△plc1与野生型相比降低了致病性，而且DON含量显著下降。表达FgPLC1基因的回复菌株以上特征与野生型相同，也说明这些变化是敲除FgPLC基因造成的。其他5个PLC基因也不同程度地显著影响了致病性和DON毒素含量，但与FgPLC1相比变化较小。△plc1降低了两个MAP kinases（Gpmk1和Mgv1）的磷酸化水平。表达谱分析表明△plc1造成587个基因下调表达，涉及细胞成分、生物过程和分子功能。使用U73122（PLC的特异性抑制剂）处理菌丝和分生孢子，结果表明PLC影响菌丝生长、产孢和孢子萌发。总之，FgPLC1参与了禾谷镰刀菌菌丝生长、无性和有性繁殖以及致病性，FgPLC1通过MAPK信号途径和其他信号途径发挥作用；其他5个FgPLC基因没有影响菌丝生长和产孢，但不同程度地降低了致病性和DON毒素产量。本研究阐明了禾谷镰刀菌FgPLC表达分化和功能差异，对了解禾谷镰刀菌致病和毒素合成机制有重要意义。