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禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)是导致小麦赤霉病(Fusarium head blight,FHB)的主要致病真菌,也可侵染大麦(Hordeum vulgare)和其他禾谷类作物。小麦赤霉病不仅导致产量的损失,而且会产生一些真菌毒素,如脱氧雪腐镰刀菌烯醇(Deoxynivallenol,DON)。DON毒素是该病原物主要的真菌毒素,DON对人畜健康和安全造成巨大危害,并且是病原菌侵染植物过程中的重要毒力因子。病害控制主要是选择抗病品种和杀真菌剂,但效果不佳。凋亡作为重要的生理学过程之一,是细胞程序性死亡的常见形式。半胱天冬氨酸酶(metacaspase)是一种半胱氨酸依赖的蛋白酶,是原核生物和真菌中参与凋亡过程的重要因子。目前,Metacaspase在植物病原真菌中尚没有相关研究和报道。通过NCBI(National Center for Biotechnology Information)搜索和BLAST比对,在禾谷镰刀菌数据库中发现2个metacaspase基因,分别命名为FgMCA1和FgMCA2。系统发育树和序列比对分析发现:2个FgMCA同时包含metacaspase特征性结构域:P20和P10,2个FgMCA蛋白都属于第一类metacaspase。通过Split-marker PCR方法获得FgMCA基因敲除突变体(?mca1和?mca2)。基因敲除后发现:相对于野生型,2个敲除突变体?mca1和?mca2生长速度和分生孢子产量均有所下降。小麦穗和玉米须接种实验发现,2个突变体的致病性显著下降;与野生型相比,DON毒素产量和TRI基因表达水平也显著降低。在含有过氧化氢的CM培养基上,FgMCA的2个敲除突变体提高了对H2O2的抗性。在H2O2诱导的条件下,2个突变体的凋亡率均下降。对FgMCAs蛋白的亚细胞定位研究发现,2个蛋白都定位于细胞质中。综上所述,F.graminearum基因组中含有2个FgMCA基因,遗传分析发现它们参与调控菌丝生长、分生孢子形成、致病性和DON产量,敲除突变体提高了对H2O2的抗性水平,降低了H2O2胁迫下的细胞凋亡率。