探秘水甘油通道蛋白基因StFPS1：解锁玉米大斑病菌生长与侵染的分子密码.docxVIP

探秘水甘油通道蛋白基因StFPS1：解锁玉米大斑病菌生长与侵染的分子密码

一、引言

1.1研究背景与意义

玉米作为全球重要的粮食作物，在保障粮食安全和促进经济发展中扮演着关键角色。然而，玉米大斑病的频繁爆发给玉米生产带来了巨大挑战。玉米大斑病是由大斑刚毛座腔菌（Setosphaeriaturcica）引起的一种极具破坏力的真菌性病害，在世界各主要玉米种植区广泛分布。该病主要侵害玉米叶片，严重时叶鞘和苞叶也难以幸免。发病初期，叶片上会出现水渍状青灰色斑点，随后这些斑点会沿着叶脉迅速向两端扩展，形成边缘暗褐色、中央淡褐色或青灰色的大斑，后期病斑常常纵裂。在病情严重时，多个病斑相互融合，致使叶片变黄枯死。在潮湿的环境下，病斑上还会出现大量灰黑色霉层。

玉米大斑病的危害不容小觑，在大发生年份，一般会导致玉米减产15%-20%，严重时减产幅度可达50%以上。除了显著降低产量，玉米大斑病还会对玉米的品质产生负面影响，致使玉米的营养成分含量下降，影响其在市场上的价值和应用。如在一些玉米主产区，由于玉米大斑病的爆发，农民的经济收入大幅减少，同时也对当地的粮食供应和相关产业造成了冲击。因此，深入了解玉米大斑病菌的生长发育及侵染机制，对于制定有效的防治策略、保障玉米的产量和品质具有重要意义。

在真菌的生长发育和侵染过程中，信号转导途径起着至关重要的调控作用。丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-ActivatedProteinKinase，MAPK）信号转导途径是真核生物中高度保守的信号传导通路，参与调控真菌的多种生理过程，如细胞生长、分化、应激反应和致病性等。在玉米大斑病菌中，HOG-MAPK途径已被证实参与调控病菌的高渗胁迫反应。水甘油通道蛋白作为一种重要的膜蛋白，在维持细胞渗透压平衡和物质运输等方面发挥着关键作用。有研究推测玉米大斑病菌水甘油通道蛋白基因位于HOG-MAPK途径的下游，参与病菌的渗透胁迫反应，但其具体功能和作用机制仍有待进一步探究。

本研究聚焦于玉米大斑病菌水甘油通道蛋白基因StFPS1，旨在深入剖析该基因对玉米大斑病菌生长发育及侵染能力的影响。通过基因敲除技术创制StFPS1基因敲除突变体，对比突变体与野生型菌株在菌丝及分生孢子发育、对高渗胁迫的反应及致病性等方面的差异，有望明确该基因的具体功能。这不仅有助于深化对玉米大斑病菌致病机制的认识，为揭示玉米大斑病的发病机理提供新的视角，还能为开发新型的玉米大斑病防治策略提供理论依据。在实际应用中，基于对StFPS1基因功能的了解，我们可以探索通过调控该基因来抑制病菌生长和侵染的方法，为玉米大斑病的绿色防控开辟新的途径。

1.2玉米大斑病菌概述

玉米大斑病菌（Setosphaeriaturcica），属子囊菌门、格孢腔菌目、刚毛座腔菌属，其无性态为大斑凸脐蠕孢（Exserohilumturcicum），属半知菌亚门、丝孢目、凸脐蠕孢属。在自然条件下，玉米大斑病菌主要以无性态进行繁殖和传播。其分生孢子梗从气孔长出，呈青褐色，单生或2-6根丛生，一般不分枝，直立或上部有屈膝状弯曲，具有2-6个（多数为3-5个）隔膜。分生孢子梗的基部细胞膨大，颜色较深，向尖端颜色逐渐变浅，在顶端或弯曲处有明显的孢痕。分生孢子1至数个顶生，起初无色，随着发育逐渐变为褐绿色，呈纺锤形，直或向一侧弯曲，多数具有4-7个隔膜。其大小通常为（57.7-140.6）微米×（15.1-22.9）微米。有性态只在人工培养条件下产生，异宗配合，子囊座呈黑色，椭圆形或近球形，高359-721微米，宽345-497微米。子囊为圆筒形或棍棒形，有短柄，大小为（176-249）微米×（24-31）微米，一般含子囊孢子2-4个，也有1-6个的情况。成熟的子囊孢子无色，呈纺锤形，直或弯曲，具有3个隔膜，隔膜处有缢缩，大小为（42-78）微米×（13-17）微米。

玉米大斑病菌的生活史包括无性阶段和有性阶段。在无性阶段，病菌主要以分生孢子在病残体上越冬，成为翌年初侵染源，种子也能带少量病菌。当环境条件适宜时，分生孢子萌发产生芽管，从玉米叶片的气孔或表皮直接侵入。在感病品种上，病菌侵入后迅速扩展，约经14天左右，即可引起局部萎蔫，组织坏死，进而形成枯死病斑。在潮湿的气候条件下，病斑上可产生大量分生孢子，这些分生孢子借气流传播，进行多次再侵染，造成病害流行。在有性阶段，病菌通过异宗配合产生有性孢子，但有性阶段在自然条件下较少发生。

玉米大斑病菌在全球各玉米种植区均有分布，尤其在温带和亚热带地区发病较为严重。在我国，主要分布于东北、华北春玉米产区和南方海拔较高、气温较低