寄主、环境和病原微生物是一个相互影响、相互依存、共同进化的命运共同体。其中,病原菌的生存离不开寄主,其生存和繁殖受到环境和寄主的双重影响,互作过程极为复杂。玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）是一种侵染玉米造成危害的重要子囊菌。病菌通过产生特殊的细胞结构--附着胞,利用膨压和物理机械力穿透寄主植物表皮,完成其侵染过程,影响玉米产量。虽然有关其侵染过程和方式研究较多,但是寄主玉米与大斑病菌之间互作的分子机制尚不明确。本研究以玉米大斑病菌和玉米为研究对象,解析玉米大斑病菌附着胞发育、侵染致病的分子机制。主要研究结果如下:1.DNA代谢干扰药物--羟基脲（HU）、甲基磺酰甲酯（MMS）和喜树碱（CPT）可显著降低玉米大斑病菌的致病力。DNA代谢干扰药物处理菌丝和分生孢子可导致芽管显著增长、抑制附着胞形成而抑制其致病力,推测病菌存在主动调控机制应对基因毒性。利用细胞周期S期检验点抑制剂咖啡因（CAF）和HU共同处理,发现附着胞形成率显著上调,推测附着胞形成受到细胞周期S期检验点调控。为深入探究该调控过程,创制了病菌细胞周期S期检验点StATR基因沉默突变体。StATR-RNAi菌株经HU处理,附着胞抑制现象得到恢复。结果表明,玉米大斑病菌细胞周期S期检验点关键激酶StATR响应基因毒性、抑制附着胞形成起关键作用。附着胞发育调控是StATR介导的S期检验点信号通路一个新分支。2.玉米大斑病菌黑色素含量随着HU浓度的增加而增加。利用StA TR-RNAi突变体和S期检验点抑制剂CAF处理进行黑色素含量检测,发现StATR-RNAi突变体经HU处理后黑色素含量显著下降,推断黑色素的合成同样受StATR介导的S期检验点调控。利用黑色素合成抑制剂三环唑（TCZ）处理野生型病菌,发现菌丝明显发白;HU和紫外辐射（UV）分别与TCZ联合作用显示菌落生长明显受到抑制,证实黑色素积累可能是应对基因毒性的一种自我保护行为。对黑色素合成酶基因分析发现StPKS和StLAC2响应HU表达且受到S期检验点关键激酶StATR调控。对S期检验点ATR调控通路的下游效应蛋白进行互作筛选,发现StATR底物激酶StCds1与StNrm1,StNrm1与转录因子StMbp1相互作用。利用酵母单杂交和凝胶迁移率阻滞试验,发现转录因子StMbp1可以与黑色素合成酶StPKS起始密码子上游-750 bp启动子区中的CGCG-box相互作用,从而调控StPKS基因的表达。这些结果表明玉米大斑病菌细胞周期S期检验点关键激酶StATR通过StCds1-Nrm1-Mbp1-PKS信号通路诱导黑色素的合成以响应基因毒性。黑色素合成是StATR介导的S期检验点信号通路另一个新的分支。3.试验进一步探究StATR介导的抑制附着胞形成及促进黑色素合成是否在病原真菌中进化保守。选择玉米小斑病菌（Cochliobolus heterostrophus）、玉米圆斑病菌（Cochliobolus carbonum）、马铃薯早疫病菌（Alternaria solani）和梨黑斑病菌（Alternaria kikuchiana）进行试验发现,HU处理后病菌附着胞形成均同样显著下降;黑色素含量均显著上调。由此可推断ATR介导的细胞周期S期检验点抑制附着胞形成及促进黑色素合成在病原真菌中是一个较为普遍存在的机制。4.通过对HU处理玉米大斑病菌分生孢子转录组数据分析,发现一系列细胞自噬基因和次级代谢产物调控基因响应基因毒性。利用q-PCR和酵母双杂交试验,证实细胞自噬基因StATG7、StATG16等受到ATR介导的S期检验点调控。细胞自噬可作为另一种自我保护机制存在。综上所述玉米大斑病菌在应对环境压力时通过关闭其侵染同时促进黑色素的积累和细胞自噬来进行自我保护。5.通过对附着胞发育不同时期转录组测序分析,获得了伴随附着胞发育的关键基因。首先,鉴定了 2种细胞骨架调节因子StSLM1和StSLM2对玉米大斑病菌附着胞及菌丝发育至关重要。StSLM1和StSLM2基因表达量在病菌出芽过程中显著上调,在附着胞形成时期显著下调,与酵母出芽和芽体生长的形态建成类似。Stslm2敲除突变体显著影响细胞形态、穿透能力和致病性。鉴定到3种糖苷水解酶家族GHs蛋白（GH12、GH28和GH74）在附着胞时期高表达,体外酶活测定具有降解植物细胞壁的功能。此外,鉴定到1个新的特异性效应因子,在附着胞时期高表达,命名为StACE1。进一步证实StACE1可以诱导烟草细胞坏死,是玉米大斑病菌侵染玉米所必需的。除此之外,还鉴定到系列功能未知的基因,其表达模式暗示它们可能是玉米大斑病菌侵染致病所必需的关键候选因子。综上所述玉米大斑病菌在侵染玉米时预先准备好多种策略,并且与早期侵染阶段的附着胞发育高度偶联。6.为深入探究效应因子StACE1与玉米互作机制,利用烟草瞬时表达和亚细胞定位分析,发现StACE1主要定位于细胞核。利用玉米cDNA文库筛选获得StACE1与玉米互作的多个蛋白,包括2个转录因子ZmTIFY-10B和ZmbHLH93。利用生物信息学分析,发现ZmbHLH93具有bHLH（basic helix-loop-helix）和ACT（aspartokinase,chorismate,and TyrA）蛋白结构域。进一步发现 StACE1与ACT结构域特异性互作,与bHLH结构域不互作。ZmbHLH93自身形成二聚体,bHLH与ACT结构域不互作,但bHLH和ACT结构域在ZmbHLH93二聚体中能分别自我互作。StACE1在寄主中的生物学效应机制还有待进一步明确。综上所述,本研究发现玉米大斑病菌ATR介导的S期检验点调控新模式;在响应基因毒性时StATR抑制附着胞发育,促进黑色素合成和调控细胞自噬、次级代谢等系列新模式;并分析鉴定到一系列附着胞发育偶联的关键蛋白,在细胞骨架调控、植物细胞壁降解以及寄主关键蛋白互作过程中起作用。研究结果深化了我们对玉米大斑病菌附着胞发育及相关调控机制的认识,为后续植物病原真菌与寄主互作的机制研究提供新思路,也为病原真菌的防治奠定理论基础。