小麦赤霉病菌中三个同源的CYP51基因的功能分析

真菌的14α-脱甲基酶是三唑类杀菌剂的主要靶标位点，多数真菌中14α-脱甲基酶仅由1个基因（CYP51）编码。课题组前期研究发现，小麦赤霉病菌有3个同源的CYP51基因（A/B/C），它们在菌体内都能正常表达，而且病菌经三唑类药剂戊唑醇处理6小时后，这3个CYP51基因表达量均显著增加。基因敲除试验表明，CYP51A、B或C基因分别敲除的突变体均能够正常生长，但它们对不同三唑类药剂的敏感性存在显著差异。在此基础上，本项目拟通过双基因敲除和基因互补试验明确赤霉病菌中3个CYP51同源基因的功能，通过对CYP51基因启动子区的缺失和碱基突变以及CYP51基因转录调控因子的分离鉴定，分析CYP51基因受三唑类药剂诱导后高水平表达的分子机制。预期研究结果可阐明三唑类杀菌剂对小麦赤霉病菌作用机制，为新药剂创制和三唑类药剂抗性治理提供科学指导。

本研究通过基因敲除和互补的方法研究了小麦赤霉病菌麦角甾醇生物合成途径上21个基因的生物学功能，并对该菌中麦角甾醇合成途径的调控元件进行分离鉴定，结果发现：1） 小麦赤霉病菌中存在三个编码甾醇14-α脱甲基酶的基因（cyp51A/B/C），cyp51A基因敲除突变体对7种DMI类杀菌剂都变敏感,cyp51B基因敲除突变体对7种DMI类杀菌剂的敏感性没有显著变化；cyp51C基因敲除突变体对部分DMI类杀菌剂变敏感。将戊唑醇和三唑酮进行复配对防治小麦赤霉病具有明显的增效作用。2）分析赤霉病菌中18个可能的麦角甾醇生物合成调控基因，其中仅有一个基因敲除致死，其他的17个基因都获得了敲除突变体，这些突变体对SBI类药剂的敏感性没有改变, 表明该病菌中存在复杂的麦角甾醇合成调控机制。3） 编码甾醇C-14还原酶的FgERG24B基因控制小麦赤霉病对胺类杀菌剂的天然抗药性，该基因缺失后突变体对3种胺类麦角甾醇合成抑制剂的抗药性水平明显降低。4） 编码甾醇C-24还原酶的FgERG4基因敲除突变体不能正常合成麦角甾醇、菌丝生长缓慢、分生孢子产量降低、孢子畸形、对SBIs抗药性水平上升，突变体在麦穗上的致病性显著降低、DON毒素合成受阻，表明赤霉病菌C-24还原酶可以作为一个潜在的药靶用于新型麦角甾醇合成抑制剂的研发。