抗多菌灵小麦赤霉病菌的适合度研究及一个Gal4-like基因的功能分析

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由镰孢菌(Fusarium spp.)引起的小麦赤霉病已成为世界范围的重要病害。我国小麦赤霉病主要由禾谷镰孢菌综合物种(Fusarium graminearum species complex,FGSC)所引起。对于小麦赤霉病的防治,我国主要采用以多菌灵为主的苯并咪唑类药剂进行化学防治,但是由于长期连续使用该类药剂防治小麦赤霉病,致使病菌产生抗药性。多年的抗药性监测发现多菌灵抗药性菌株在群体中的比例呈上升趋势,因此,对于多菌灵是否可以继续用于防治小麦赤霉病是一个值得重视的问题。为明确抗多菌灵的小麦赤霉病菌的适合度,本研究从2015年采集分离并经过多菌灵敏感水平测定的小麦赤霉病病菌中随机挑选抗性菌株与敏感菌株。通过综合物种的鉴定、种的区分和化学型的鉴定,筛选出3Ac-DON化学型的抗性菌株48株与敏感菌株50株,比较抗性菌株和敏感菌株的生物学特性和致病性。结果表明,敏感菌株群体的生长速度显著高于抗性菌株群体。在胡萝卜培养基上,抗性菌株与敏感菌株在产子囊壳能力方面都不占优势。利用固体培养基法进行产毒实验,提取毒素后应用HPLC检测体系检测样品中毒素DON的含量,结果发现敏感菌株群产毒素量显著高于抗性菌株群。在小麦扬花期,采用单花滴注接种法对48株抗性菌株与50株敏感菌株进行田间致病力测定,调查结果表明敏感菌株群的致病力高于抗性菌株群的致病力,并有显著差异。因此,推测敏感菌株群的适合度要强于抗性菌株群。研究小麦赤霉病菌致病相关基因的功能,可以为研究小麦赤霉病菌致病的分子机制奠定基础,为抗病小麦的育种和新靶标药剂的开发提供理论依据。本研究对小麦赤霉病病菌FgGal4-like1基因进行功能研究,该基因编码的蛋白含有转录调控有关的GAL4-like蛋白功能域,具有真菌特异转录因子功能域。本研究以野生型的禾谷镰孢菌PH-1菌株为试验材料,利用Split Marker方法构建含有hph(潮霉素磷酸转移酶基因)的基因敲除载体,通过PEG介导原生质体转化和同源重组的方法,筛选到抗潮霉素的转化子。通过PCR与RT-PCR对转化子进行筛选得到5个缺失突变体。构建回复突变DNA片段,同样以原生质体转化的方式得到回复突变体,并通过遗传霉素G418和潮霉素B筛选以及PCR验证,得到2个原位回补突变体。对缺失突变体、回复突变体表型进行了观察,并测定了它们对小麦的致病性。结果表明敲除突变体的生长速度、菌丝形态及菌落颜色与野生型无显著差异,分生孢子的产量少于野生型菌株。在产子囊壳方面,野生型菌株与转化子之间无显著差异。在田间致病力上,敲除转化子比野生型菌株的致病力弱。因此,推测该基因可能与禾谷镰孢菌分生孢子的产生及致病力有关。
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