在根际中,植物和无数的微生物相互作用,形成如共生、寄生、竞争等多种关系。植物根部释放的光合产物包括可溶性的糖、氨基酸、有机酸、脂肪酸等,是土壤有机碳源的主要来源,很容易被微生物利用,吸引微生物在植物根部及周围定殖。已有证据表明,植物源的糖类和脂肪酸作为两种不同的碳源形式被根际真菌利用,但是这两个碳源在真菌与植物形成共生关系时各自的贡献,以及真菌利用植物来源的糖和脂肪酸的机制有待进一步阐明。除了需要高效利用植物源的碳源物质生长之外,与植物互作的真菌还需要克服寄主的免疫防御机制。尽管人们对植物病原真菌逃避植物免疫系统的机制进行了深入研究,而对与植物形成共生关系的共生真菌与植物互作的机制认识则很有限,有待进一步研究。罗伯茨绿僵菌（Metarhizium robertsii）能够定殖于多种植物的根际、根表和根内部,除此之外,也能营腐生生活,与昆虫寄生生活,兼具三种生活方式,是研究植物、真菌和昆虫三者互作的良好材料。现目前,人们对于罗伯茨绿僵菌感染昆虫的生化和遗传机制已经有了较为深入的了解,但对它与植物形成互惠共生关系的相关机制则知之不多。本文对罗伯茨绿僵菌利用植物源糖和脂肪酸机制以及逃避宿主免疫机制展开研究,主要取得了如下结果:1.通过对课题组前期发表的RNA-Seq数据分析,发现了一个在腐生、寄生和共生生活中高水平表达的糖转运蛋白MST1,其同源蛋白广泛存在于许多植物相关真菌中。利用酿酒酵母的单糖转运蛋白突变体（Saccharomyces cerevisiae EBY.VW4000）进行回补实验发现,MST1是一个单糖转运蛋白,能转运葡萄糖、果糖、山梨糖、甘露糖、鼠李糖和半乳糖,进一步分析发现它是一个H+同质转运蛋白。与野生型菌株相比,Mst1敲除突变体在以MST1能转运的6种单糖为唯一碳源的培养基中生长变慢。与野生型菌株相比,Mst1敲除突变体在番茄根系分泌物培养基中的萌发率显著下降和菌丝生长速度减慢,在种植于土壤中的玉米根部和根际的定殖能力也显著下降。此外,在与玉米互作的过程中,单糖转运蛋白MST1与寡糖转运蛋白MRT有协同作用,双基因敲除突变体ΔMst1::ΔMrt的根际定殖能力显著比单基因敲除突变体ΔMst1或ΔMrt低。敲除Mst1基因不影响罗伯茨绿僵菌致病昆虫的能力。2.除了单糖转运蛋白MST1之外,我们还发现了一个在植物根部特异性表达的在Gen Bank上注释为糖转运蛋白的蛋白SUT1。在以各种多种单糖为唯一碳源的培养基中,野生型菌株与Sut1基因的敲除突变体ΔSut1相比菌丝生长没有显著差异。而在以多种二糖或寡糖（木糖、麦芽糖、蔗糖、海藻糖、乳糖、棉子糖）为唯一碳源的培养基中,突变体ΔSut1的孢子萌发速率和菌丝生长均显著低于WT。利用酿酒酵母的单糖转运蛋白突变体进行回补实验发现,SUT1不能转运葡萄糖、甘露糖和果糖等十余种单糖。除了葡萄糖之外,上述二糖和寡糖不能引起异源SUT1表达的爪蟾卵母细胞的电生理反应。与野生型菌株相比,ΔSut1与拟南芥和玉米共生的能力均显著下降,表明SUT1在罗伯茨绿僵菌与植物形成共生关系中起着重要作用。进一步发现,三个糖转运蛋白基因Mst1、Mrt和Sut1在土壤中定殖玉米根表时有协同作用。3.除了糖类之外,植物源脂肪酸在罗伯茨绿僵菌与植物形成共生关系时也起重要作用。与野生型拟南芥Col-0相比,罗伯茨绿僵菌在拟南芥脂肪酸合成突变体Kas1和Kar1中的群落大小（用CFU数目表示）下降了约1.6倍。我们进一步研究罗伯茨绿僵菌利用植物脂肪酸的机制。根据Gen Bank对罗伯茨绿僵菌基因组的注释,只有一个脂肪酸转运蛋白,但是其敲除突变体与植物共生的能力与野生型菌株没有显著差异。同时,我们发现两个脂肪酸结合蛋白FABP1和FABP2在与植物共生时高水平表达。与野生型菌株相比,Fabp1和Fabp2的敲除突变体定殖野生型拟南芥Col-0的能力明显下降;而它们定殖拟南芥脂肪酸合成突变体Kas1和Kar1的能力与野生型菌株没有显著差异。比较植物源的糖和脂肪酸在罗伯茨绿僵菌与植物形成共生关系时的作用发现,ΔSut1定殖野生型拟南芥的能力显著与双基因敲除突变体ΔFabp1::ΔFabp2无差异,但ΔSut1定殖拟南芥脂肪酸合成突变体的能力却显著低于ΔFabp1::ΔFabp2。但是三基因敲除突变体ΔSut1::ΔFabp1::ΔFabp2定殖野生型拟南芥的能力却比ΔSut1强,与ΔFabp1::ΔFabp2相当,进一步发现,同时敲除Fabp1和Fabp2提高其它6个糖转运蛋白的表达水平,同时敲除Sut1,Fabp1和Fabp2三个基因进一步提高其中3个糖转运蛋白的表达。4.胞外蛋白酶CSE1在罗伯茨绿僵菌逃避宿主免疫中发挥重要作用。与野生型菌株相比,蛋白酶基因Cse1的敲除突变体定殖玉米根际和根表的能力显著下降。根据CSE1的特异性底物识别位点（Phe-Val-Arg）,从拟南芥分泌到胞外的蛋白质中发现264个含有CSE1识别位点的蛋白。GO功能富集分析显示,22个蛋白定位于植物细胞壁（GO:0009505）,其中13个是植物Ⅲ类细胞壁过氧化物酶（POX）。与ΔCse1共生后的拟南芥,POX活性、ROS的含量以及木质化的程度相比于WT定殖的拟南芥更高,表明分泌到胞外的CSE蛋白酶通过失活植物细胞壁过氧化物酶,从而抑制与POX酶相关防御反应（如氧化爆发和木质化）的启动。综上,本文对罗伯茨绿僵菌与植物形成共生关系的过程进行研究,发现了两个糖利用相关基因和两个脂肪酸利用相关基因能够利用宿主源的碳源,以及一个蛋白酶基因在逃避宿主免疫系统时发挥重要作用,揭示了罗伯茨绿僵菌与植物互作的新机制。