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水稻稻曲病是由病原真菌Ustilaginoidea virens引起的一种水稻穗部病害。该病害目前在世界范围流行,并已经成为我国水稻生产的主要病害,不仅导致了水稻产量的损失,而且会合成对人畜和植物有害的稻曲菌素,危害粮食安全。现阶段对该病害的研究尚处于起步阶段,对其生活史、侵染类型等基本问题尚未完全明确。目前针对稻曲病菌基因功能的研究主要通过病原菌表达谱分析,或是通过对随机插入突变体库进行性状筛选进行,尚没有针对该病原菌基因敲除体系的报道。由于基因敲除突变体的获得是基因功能鉴定的基础,该体系的缺失严重制约了稻曲病菌基因功能的研究。本试验通过分析和比较丝状真菌中常用的遗传转化方法,选取了根癌农杆菌介导的遗传转化体系(ATMT)以及PEG介导的原生质体转化方法对稻曲病菌的基因敲除进行尝试,并在ATMT体系基础上成功的对稻曲病菌HOG1基因进行了敲除。试验首先对双元转化载体p CAMBIA1300进行了改造,获得了稻曲病菌基因敲除的载体p CBDW以及回复突变载体p CBDW-GEN,并在此基础上构建了Uv HOG1基因的敲除载体和回复突变载体。随后通过对ATMT体系进行改进和调整,建立了稻曲病菌的基因敲除体系,并在617个转化子中成功筛选到了Uvhog1突变体。试验利用所建立的敲除体系进一步对5个非核糖体肽NRPS基因进行敲除试验,结果表明该基因敲除体系可以应用于稻曲菌一般基因的敲除,其同源重组概率为1.67%。在基因功能鉴定方面,试验所获得的Uvhog1突变体在营养生长过程表现生长速度的减慢,菌丝间分支角度减小,色素的合成受到抑制;虽然分生孢子及萌发的形态均未受到影响,但产孢量明显的下降。Uv HOG1基因的缺失不仅导致了突变体对渗透压敏感程度的升高,还导致了Uvhog1突变体无法通过山梨醇和甘油等相容性物质的积累对细胞内外渗透压进行平衡,同时,与氧化压力相关的转录因子Uv ATF1和Uv SKN7也由于Uv HOG1的缺失而无法正常表达。此外,Uvhog1突变体对细胞膜压力表现出很高的敏感性,而在细胞壁的压力下没有明显的表型。在水稻种子萌发过程中,Uvhog1突变体培养物的滤液对水稻幼苗生长的抑制作用有所减弱。与稻曲病相比,小麦赤霉病主要是由Fusarium graminearum引起的一种小麦病害。该病害在全世界范围内的发生逐渐趋于频繁,在影响小麦产量的同时,还会产生DON等毒素,降低谷物品质并造成食品安全问题。为了更为全面的验证HOG1基因在不同病原真菌中的功能,实验对F.graminearum中HOG1信号通路的同源基因Fg SSK2,Fg PBS2以及Fg HOG1分别进行了敲除和功能验证。该信号通路中任一基因的缺失导致了突变体生长速度的减慢以及分生孢子产量的下降;突变体在对渗透压敏感度提高的同时,也部分丧失了通过积累甘油、甘露醇、阿拉伯醇以及蔗糖平衡细胞内外渗透压的能力;此外,各突变体还表现出了对氧化压力、细胞膜压力敏感度的提高,以及对细胞壁压力的耐受性。Fg HOG1通路的突变体还丧失了有性生殖过程中的雌性生殖能力,并且各突变体的致病力及DON毒素的合成能力均有明显下降。本试验首次建立了针对稻曲病菌的基因敲除体系,并成功获得了Uvhog1突变体,为稻曲病菌基因组功能分析提供了方法上强有力的支持。另一方面,通过分析和比较F.graminearum和U.virens中HOG1基因的功能,更为全面的验证了该基因在营养生长、分生孢子的产生、压力应答、细胞完整性、有性生殖以及致病力和毒性方面的保守性及差异性,也为水稻稻曲病和小麦赤霉病的防控提供了一定的理论依据。