禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)引起的小麦赤霉病是一种毁灭性病害。该病害不仅导致小麦产量和经济损失,而且产生的真菌毒素也会造成粮食污染,严重威胁人畜健康。了解禾谷镰刀菌生长发育及致病分子机制是有效控制该病害的重要前提。蛋白乙酰化和泛素化在内的表观遗传修饰在寄主植物与病原菌的互作中起重要作用。本文从禾谷镰刀菌PH-1基因组中鉴定了4个组蛋白乙酰转移酶(HATs)基因和1个泛素化相关基因FgUbx5,从基础表型性状、转录组水平和蛋白水平等方面进行研究,以期揭示它们在禾谷镰刀菌生长发育及致病过程中的作用机制。一、禾谷镰刀菌组蛋白乙酰转移酶对生长发育及组蛋白乙酰化修饰的影响(1)禾谷镰刀菌组蛋白乙酰转移酶对生长发育的影响:从基因组数据库检索得到4个HATs基因,FgGCN5,FgRTT109,FgSAS2和FgSAS3,突变菌株表型测定发现:FgGCN5和FgSAS3对禾谷镰刀菌菌丝生长速率、胁迫反应、分生孢子产量、有性生殖、致病力和DON毒素产量均有显著影响;FgRTT109对分生孢子产量、有性生殖、致病力有显著影响;FgSAS2显著影响菌丝生长速率和分生孢子的产量。(2)禾谷镰刀菌组蛋白乙酰转移酶基因FgGCN5和FgSAS3对乙酰化修饰的影响:FgGCN5基因缺失导致H3的K9、K14、K18和K27的乙酰化水平显著降低,表明FgGCN5调控以上位点的赖氨酸乙酰化;FgSAS3基因缺失导致H3的K4和K14位点乙酰化信号强度显著降低,说明FgSAS3特异地催化以上两个位点的乙酰化,且H3K14的完全乙酰化需要FgSAS3和FgGCN5的共同参与。二、禾谷镰刀菌组蛋白乙酰转移酶基因FgGCN5和FgSAS3的代谢调控研究转录组测序分析显示两个突变菌株中分别有3375个和2438个差异表达基因。进一步生物信息学分析表明FgGCN5基因参与多种生物学过程,主要包括核糖体生物合成,rRNA加工,ncRNA加工和细胞氨基酸代谢过程,FgSAS3基因主要参与氧化还原,跨膜转运和碳代谢。在这些差异基因中多种转录因子、有性发育、致病力及次生代谢相关基因的表达量显著下调。三、禾谷镰刀菌泛素化相关基因FgUbx5对生长发育的影响对FgUbx5基因缺失菌株表型测定发现,其生长速率下降,菌落呈现不规则形态,孢子产量降低,有性生殖能力丧失,产毒能力下降,活性氧累积量增加,致病能力显著下降,对多种胁迫剂的敏感性增加。四、禾谷镰刀菌泛素化相关基因FgUbx5的代谢调控研究转录组分析显示突变体中共有2664个差异表达基因,GO富集分析表明FgUbx5主要参与蛋白跨膜转运;FgUbx5的缺失导致蛋白总泛素化水平增加,说明FgUbx5参与蛋白泛素化降解;亲和捕获质谱分析共筛选出71个与FgUbx5相互作用的候选蛋白。CoIP试验进一步验证了FgUbx5与Cdc48之间的互作关系。综上所述,组蛋白乙酰转移酶和FgUbx5基因在禾谷镰刀菌的生长发育及致病性等方面具有至关重要的作用。这为解析禾谷镰刀菌生长发育过程,阐明毒素合成及致病机理提供了理论依据。