香蕉作为亚洲和非洲国家最重要的经济作物之一,正遭到香蕉枯萎病的毁灭性迫害。其中热带4号生理小种(Fusarium oxysporum f.sp.cubense tropical race 4,Foc TR4)的致病范围最为广泛,几乎可以引起所有香蕉主栽品种发生病害。目前尚未出现有效的防控措施,且对其致病机制也还未明确。已有报道称香蕉枯萎病菌分泌的毒素及效应蛋白在其致病过程中起重要作用,因此,了解病原菌致病因子的特性和致病机理对提出有效的防控措施有重要的指导意义。本研究首先利用生物信息学分析香蕉枯萎病菌分泌毒素Fusaric acid(FSA)合成相关基因(FUB)的进化历程,帮助我们理解尖孢镰刀菌是如何进化从而适应不同寄主和不同环境;随后在分子水平上分别解析了FSA和效应蛋白FocCP1参与香蕉枯萎病菌致病过程的分子机理。主要结果如下:1.Foc中FUB基因的遗传多样性可能来自于基因的水平转移为了探究Foc 12个FSA合成相关基因FUB的遗传特性,我们将12个FUB基因和3个看家基因,EF-1α/RPB1/RPB2,进行了遗传多样性分析,进化分析,重组事件分析和选择压分析。选择压分析结果表明,15个基因均趋于负向选择。然而12个FUB基因中的沉默突变数要显著高于其他三个看家基因。种内进化和重组事件分析结果表明12个FUB基因中的基因水平转移事件多于其他三个看家基因,并且这些事件大多都有外群的参与,提高了FUB基因的遗传多样性。种间进化分析结果表明race 1,race 4和其他非香蕉致病镰刀菌的分化可能发生在很短的时间段内。综上结果表明,尖孢镰刀菌通过基因水转移丰富了其FUB基因的遗传多样性,使其适应不同寄主和环境。2.FSA促使Foc TR4侵染寄主香蕉通过结合qPCR,LC-MS/MS和荧光观察,证实了FSA先于病原菌到达寄主体内行使毒性。FUB基因缺失突变体合成FSA能力下降,且对香蕉的致病性和在寄主体内的生物量累积也显著降低。将香蕉假茎预处理FSA后会加速Foc TR4在其体内的侵染。FSA处理香蕉胚性悬浮细胞后会抑制其氧吸收,引起线粒体膜电位异常,活性氧的爆发,细胞核皱缩和细胞死亡。综上结果表明FSA作为毒性因子通过预先抵达寄主体内,攻破寄主免疫防线,加速病原菌的侵染。3.效应蛋白FocCP1在Foc TR4侵染寄主时起到了重要的作用本研究鉴定到了一个Foc TR4中cerato-platanin(CP)蛋白编码基因,FocCP1,在病原菌侵染初段持续高表达。FocCP1重组蛋白接种香蕉叶片后,引起叶肉细胞和保卫细胞的死亡,并上调防御相关基因的表达。FocCP1基因敲除突变体气生菌丝减少,然而在液体培养环境下菌丝生长正常,特征与疏水蛋白相似。FocCP1基因敲除突变体在侵染香蕉时,在其体内的生物量累积降低,侵染能力下降。综上结果表明FocCP1在Foc TR4侵染寄主过程中起到了重要的作用。