谷胱甘肽(GSH)是一种由三个氨基酸组成的小分子多肽,是生物体内重要的抗氧化剂和自由基清除剂。谷胱甘肽通过与自由基或重金属结合,将机体内的有害物质转化为无害物质,从而起到降解生物体内毒素的作用。在真核生物中,Y-谷氨醜胺循环(γ-glutamyl cycle)参与谷胱甘肽的生物合成。5-氧脯氨酸酶(5-oxoprolinase)是γ-谷氨酰胺循环中六种核心酶之一。目前,5-氧脯氨酸酶在丝状病原真菌中具体生物学功能尚不清楚。在本项研究中,我们首次对禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)中5-氧脯氨酸酶的生物学功能进行了鉴定。研究结果表明:禾谷镰刀菌中有两个基因编码(FgOXP1和FgOXP2,互为同源基因)5-氧脯氨酸酶,然而在其他常见真菌如酿酒酵母菌和稻瘟病菌中仅有一个同源基因。对FgOXP1或FgOXP2敲除后发现:突变体菌株的致病性均显著下降。由于禾谷镰刀菌产生的脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)是其致病过程中的重要作用因子,因此我们进一步分析了ΔFgoxp1和ΔFgoxp2突变体产生毒素的能力。结果表明ΔFgoxp1和ΔFgoxp2突变体的DON产量较野生型菌株均明显减少。进一步我们发现,ΔFgoxp2突变体的产孢和有性繁殖也存在明显缺陷,而FgOXP1单基因缺失突变体菌株(ΔFgoxp1)则表现正常。此外,FgOXP1和FgOXP2双缺失突变体菌株(ΔFgoxp1&Fgoxp2)的产孢,DON产量与其单敲突变体相比均显著下降。将稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)同源基因MoOXP1分别异源回补至ΔFgaoxp1或ΔFgoxp2突变体中,恢复了ΔFgoxp1的表型缺陷,但是无法恢复ΔFgoxp2的表型缺陷。综上所述,我们的研究结果表明:FgOXP1和FgOPX2在禾谷镰刀菌的生长发育和植物侵染方面扮演着重要的角色。我们还进一步推测,FgOXP1和FgOXP2在禾谷镰刀菌长期的生物演化进程中发生了基因的功能分化。