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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2012年第11期
NAC（nascent peptide associated complex） 蛋 白
在生物中普遍存在，结构上非常保守，在其 N 端都
存在一个大约 150 个氨基酸的 NAC 结构域。蛋白功
能分析结果表明，在裂殖酵母（Schizosaccharomyces
pombe）中 NAC 蛋白的 α 亚基和 β 亚基分别由两个
基因所编码，构成异源二聚体并在酵母的生长发育
收稿日期 : 2012-05-18
基金项目 : 国家“863”项目（2011AA10A205）
作者简介 : 麦合木提江·米吉提 , 男 , 硕士研究生 , 研究方向 : 微生物分子生物学与基因工程 ; E-mail: mahmud@163.com
通讯作者 : 邱德文 , 男 , 博士 , 研究员 , 博士生导师 , 研究方向 : 蛋白激发子 , 蛋白质药物工程 ; E-mail: qiudewen@caas.net.cn
FgβNAC 基因对禾谷镰刀菌生长发育及致病性的影响
麦合木提江·米吉提1，2  王旭丽2  张桦1   
曾洪梅2  Sehroon Khan2  邱德文2
（1 新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052 ；2 中国农业科学院植物保护研究所 农业部作物有害生物
综合治理综合性重点实验室，北京 100081）
摘 要 ： 以裂殖酵母 NAC 蛋白 β 亚基为对象在禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）基因组数据库中进行搜索，发现了同
源蛋白基因 FGSG_08675 并命名为 FgβNAC。通过基因敲除技术对禾谷镰刀菌 FgβNAC 基因进行敲除和回补，分别获得了敲除菌株
fgβnac 和回补菌株 fgβnac::FgβNAC，并分别对野生型菌株、敲除菌株和回补菌株进行了表型和致病性研究。结果表明，与野生型
菌株 PH-1 相比，敲除菌株 fgβnac 在固体马铃薯培养基（PDA）上生长速率明显减慢，约为野生型菌株的一半，气生菌丝致密短小；
同样在液体 PD 培养液中培养 3 d 的敲除突变株的菌丝干重仅为野生型的 56%。另外，敲除突变株的分生孢子产量相比野生型菌株
下降了 78.5%。进一步采用麦穗离体接种法对其致病性进行了检测，发现 FgβNAC 基因的缺失引起致病力显著地下降，仅局限于
接种部位及邻近的小颖，而无法侵入维管束组织引起穗枯症状。
关键词 ： 禾谷镰刀菌 FgβNAC 基因敲除 生长发育 致病性
The Impact of FgβNAC Gene on the Growth and Development and
Pathogenicity of Fusarium graminearum
Mahmut·Mijiti1，2 Wang Xuli2 Zhang Hua1 Zeng Hongmei2 Sehroon Khan2 Qiu Dewen2
（1College of Agriculture，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052 ；2Key Laboratory of Integrated Pest Management in Crops，
Ministry of Agriculture，CAAS，Beijing 100081）
Abstract:  In this study, we found a homologous protein of fission yeast β subunits in the Fusarium graminearum genome database,
which is FGSG_08675 and named it FgβNAC. Through the gene knockout technology, we obtained the deletion mutants of the FgβNAC gene
in F. graminearum. Further, we obtained the complemented strain of Fgβnac. Compared the wild-type strains, the deletion mutants and the
complemented strains, we found that the vegetative growth of the deletion mutants reduced in solid medium PDA and aerial mycelium became
denser than PH-1. Conidia produced by the deletion mutants decreased by 78.5% compared with the wild-type strain. In infection assays with
wheat spikes, the fgβnac mutant was significantly reduced in virulence. They were limited to theinoculation site and could not invade the vascular
tissue to cause ear blight symptoms.
Key words:  Fusarium graminearum FgβNAC Gene knockout Growth and development Pathogenicity
和抗逆反应过程中发挥着重要的作用，NAC 蛋白除
了以二聚体形式发挥功能外，各单个亚基各自有特
定的功能。现已证明牛脑和酵母中的 NAC 蛋白可通
过与核糖体上的初生多肽相结合行使分子伴侣的功
能［1，2］。在哺乳动物当中，NAC 作为转录激活子在
骨骼形成过程中可被特异性的表达，同时具有抑制
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第11期178
细胞凋亡的作用［3-6］。在酵母中 NAC 蛋白可正调控
线粒体蛋白进入内质网或线粒体［7，8］，并且该基因
的突变影响酵母对高温的耐受性［9］。尽管 NAC 蛋白
在不同生物中数目不同且功能差别极大，但其在生
物的生长发育、抗病、抗逆过程中均发挥着极其重
要的作用。目前有关 NAC 蛋白对植物病原真菌的生
长发育和致病力影响的研究尚未见报道。
禾谷镰刀菌在分子生物学和遗传学上的研究有
很多有利的特点，如禾谷镰刀菌的生长周期较短，
基因组本身较小而且其全基因组序列的测定已经完
成［10］，这些都为禾谷镰刀菌在分子生物学领域的发
展提供了良好的条件。本研究采用基因敲除方法获
得了禾谷镰刀菌 FgβNAC 基因缺失突变株，并借助
于传统植物病理学研究手段，比较野生型和基因缺
失突变菌株表型差异，旨在为展开对 FgβNAC 的功
能研究提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 菌株和培养基 禾谷镰刀菌野生型菌株 PH-1
（NRRL31084）由本实验室保存。转化用大肠杆菌 E.
coli DH5α 菌株购自天根（TIANGEN）生化试剂公司，
羧甲基纤维素（CMC）培养基［11］，TB3 培养基［12］。
1.1.2 质 粒 载 体 与 引 物 带 有 G418 抗 性 基 因 的
pSM334 质粒由美国普渡大学许金荣博士惠赠，带
有 潮 霉 素 B（HygB） 抗 性 基 因 的 pUCATPH 质 粒
由本实验室保存，pMD18-T 载体购自于大连宝生
物（TaKaRa）公司、pUC19 质粒由本实验室保存。
DNA 测序与引物合成工作由上海生物工程（Sangon
Biotech）公司和上海英骏（Invitrogen）公司完成。
1.2 方法
1.2.1 敲除载体 pUC19-G418-c-d 与回复载体 pMD18-
βNAC 的构建 以禾谷镰刀菌野生型 PH-1 菌株基因
组 DNA 为模板，用 F5（带 Hind III 酶切位点）（表 1）
和 F6（带 Pst I 酶切位点）引物对扩增 FgβNAC 基因
上游的 1 000 bp 5 同源臂片段后用 Hind III 和 Pst I
进行双酶切并琼脂糖凝胶回收上游 5 同源臂 DNA 片
段。同样用 Hind III 和 Pst I 双酶切 pUC19-G418R 载
体并将上游 5 同源臂片段与之连接，最终得到 pUC-
19-G418-c 质粒。用 F7（带 BamH I 酶切位点）和 F8
（带 EcoR I 酶切位点）引物对扩增 1 020 bp FgβNAC
基因下游 3 同源臂片段用 BamH I 和 EcoR I 进行双
酶切处理，胶回收酶切产物同样用 BamH I 和 EcoR I
双酶切处理 pUC19-G418-c 载体，将下游 3 同源臂
片段之相连转化最终得到正确的 FgβNAC 基因敲除
质粒载体 pUC19-G418-c-d。以禾谷镰刀菌 PH-1 菌
株基因组 DNA 为模板用引物 Beta-F2com/Beta-R2com
扩 增 含 FgβNAC 完 整 基 因 及 其 部 分 旁 侧 序 列 的
2 821 bp 片段，将 PCR 产物纯化后直接 TA 克隆到
pMD18-T 载体中，最终得到回复载体 pMD18-βNAC。
1.2.2 禾谷镰刀菌 FgβNAC 基因的敲除与回复菌株
fgβnac::FgβNAC 的获得 用禾谷镰刀菌 PH-1 菌株幼
嫩菌丝制备原生质体［13］，EcoR I 线性化含 FgβNAC
基因两侧同源臂及 G418 抗性基因的 pUC19-G418-
c-d 敲除载体，转化到 PH-1 菌株原生质体中，使
G418 抗性基因通过同源重组取代 FgβNAC 基因［14］。
通过终浓度 200 μg/mL G418（Sigma 公司）抗性筛
选转化子，分离转化子单孢，并提取其基因组 DNA
进行 PCR 验证，最终获得敲除菌株 fgβnac。回复
突变筛选标记用的是带有潮霉素 B（HygB）抗性基
因 的 pUCATPH 共 转 化 载 体［15］。 分 别 用 EcoR I 酶
切线性化回复载体 pMD18-βNAC 和筛选标记载体
pUCATPH，将其共同转化到突变株 fgβnac 原生质体
中，用终浓度 200 μg/mL 潮霉素 B（Sigma 公司）筛
选转化子，分离转化子单孢，并提取基因组 DNA 进
行 PCR 验证，最终获得回复菌株 fgβnac::FgβNAC。
1.2.3 FgβNAC 基因对禾谷镰刀菌生长影响 在固
体 PDA 培养基上生长速率测定 ：将禾谷镰刀菌野生
型、敲除突变株 fgβnac 和回复菌株 fgβnac::FgβNAC
接种到新鲜固体 PDA 平板上黑暗培养活化 3 d，用
打孔器打取菌落边缘幼嫩菌丝的菌饼一块，再接种
到新的固体 PDA 培养基上，每个菌株设置 3 个重复，
在 25℃培养箱黑暗培养。每 24 h 测量菌落直径变化，
培养 3 d 拍照并统计数据。在液体 PD 培养液测定生
长情况 ：将禾谷镰刀菌野生型菌株 PH-1、敲除突变
株 fgβnac 和回复菌株 fgβnac::FgβNAC 三个菌株各取
106 个分生孢子接种到装有 50 mL 液体 PDA 培养基
的三角瓶中，24、48 及 72 h 分别测量菌丝干重并记录。
1.2.4 FgβNAC 基因对禾谷镰刀菌分生孢子产量的
影响 将禾谷镰刀菌野生型菌株 PH-1、敲除突变株
2012年第11期 179麦合木提江·米吉提等 ：FgβNAC 基因对禾谷镰刀菌生长发育及致病性的影响
fgβnac 和回复菌株 fgβnac::FgβNAC 接种到新鲜固体
PDA 平板上黑暗培养活化 3 d，用打孔器打取菌落边
缘幼嫩菌丝的菌 3 块，分别接种到装有 100 mL 液体
CMC 培养基的三角瓶中，摇床培养（25℃，200 r/min）
5 d 产生分生孢子。用 4 层灭菌擦镜纸过滤回收含
有孢子的培养液，分别取 10 μL 用无菌 ddH2O 稀释
100 倍，用血球计数板计数，每个菌株重复 3 次并
统计数据。
1.2.5 致病性检测 麦穗接种法［16］：将禾谷镰刀
菌野生型 PH-1 菌株、基因敲除突变菌株 fgβnac 以
及回复菌株 fgβnac::FgβNAC 的分生孢子稀释到 5-10
个/μL 的浓度。选择扬花期的小麦铭贤 169 的麦穗
作为接种对象，每株麦穗的中下部位置选 2 个小颖
接种 10 μL 的分生孢子悬浮液，每个菌株接种 30 株
麦穗。25℃保湿培养 14 d 观测结果并统计每穗发病
小颖的比例来衡量致病性。胚芽鞘接种法［17］：将
小麦种子用 75% 乙醇下表面消毒 5 min 后摆放到铺
有含水滤纸的大培养皿中，每皿放 25 粒。在 20℃
下保湿培养 3 d，然后用小剪刀剪掉小麦胚芽鞘 2-3
mm 的尖端。将 1 cm2 大小的无菌滤纸浸入预先制备
好的禾谷镰刀菌野生型菌株 PH-1、基因敲除突变株
fgβnac 以及基因回复突变株 fgβnac::FgβNAC 的孢子
悬浮液（浓度约为 2×105个/mL），随后覆盖在胚芽
鞘伤口上。每个菌株接种 30 株小麦幼苗，接种无菌
ddH2O 作为对照处理。在 25℃光照培养箱中 95% 相
对湿度光暗交替（12 h/12 h）培养 7 d，测量病斑长度。
根据病斑长度将各菌株的致病性将为 3 个等级 ：强
致病力（≥1.00 cm），中等致病力（0.71-0.91 cm），
弱致病力（≤0.7 cm）。
2 结果
2.1 禾谷镰刀菌FgβNAC基因的敲除株与回复株的
获得及PCR验证
采用 PEG-CaCl2 介导法将线性化的敲除盒转化
至野生型菌株 PH-1 原生质体中，从含有 G418（最
终浓度 200 μg/mL）TB3 培养基上长出的转化子当中
挑选 15 个单菌落并进行单孢分离纯化，获得了 15 株
单孢分离株，分别提取所获得的 15 株单孢分离株分
离株和野生型菌株 PH-1 基因组 DNA 用引物对 FT2/
G418F（2 161 bp）、RT2/G418R（2 008 bp）和 Beta-
ATG/Beta-TAA 进行 PCR 扩增，电泳结果显示由于
野生型菌株 PH-1 不具备 G418R 抗性基因用引物对
FT2/G418F（2 161 bp）和 RT2/G418R（2 008 bp）扩
增时未扩增出任何条带，而引物对 Beta-ATG/Beta-
TAA 扩增出了 668 bp 的目的条带。15 株单孢分离
株中有 6 株分别采用引物对 FT2/G418F（2 161 bp）
和 RT2/G418R（2 008 bp）扩增时均能扩增出大小
为 2 161 bp 和 2 008 bp 的目的片段（图 1），PCR 结
果表明，以上 6 株单孢分离株为 FgβNAC 缺失突变
株并以 fgβnac 标示。将线性化的回复载体 pMD18-
βNAC 和筛选标记载体 pUCATPH 共同转化到缺失突
变株 Fgβnac 原生质体中，用潮霉素 B（200 μg/mL）
筛选转化子，分离转化子单孢，获得 12 株单孢分
离株并分别提取基因组 DNA，然后以菌野生型菌
株 PH-1 和基因敲除突变菌株 fgβnac 为对照用引物
Beta-ATG/Beta-TAA（668 bp）进行 PCR 验证，结果
显示敲除突变菌株 fgβnac 未能扩增出目的片段，而
有 3 株单孢分离株与野生型菌株 PH-1 同样扩增出了
668 bp 的 FgβNAC 基 因 ORF 框（ 图 1）， 结 果 表 明
以上 3 株单孢分离株 FgβNAC 基因回复成功，并以
fgβnac::FgβNAC 标示。
2.2 FgβNAC基因敲除株与回复株的生长速率测定
经过连续 4 d 测量固体 PDA 培养基上的菌落直
径发现，回复突变菌株 fgβnac::FgβNAC 的菌落生长
状况与野生型菌株 PH-1 基本上一致，PH-1 生长速
率为 2.06±0.9 cm/day，fgβnac::FgβNAC 生长速率为
1.98±0.63 cm/day。而基因缺失突变株 fgβnac 生长
引物名称 引物序列（5-3） 附加酶切位点
F5 CCCAAGCTTCTGACAAACCGAGTACG Hind III
F6 TGCACTGCAGTCGGAGAGGAATTGATCG Pst I
F7 CGGGATCCAGTGAGATCGTAGGCATG BamH I
F8 CGGAATTCCTACAACAAGGACTCCTG EcoR I
FT2 CGAACTGCGCAAGAAGAG
RT2 TGTCATACATGGCGCTTC
Beta-ATG ATGTCCGACGTCCAAGAA
Beta-TAA TTACTCGACCTTGGGCTC
G418F AACAAGATGGATTGCACGC
G418R GATCTGGACGAAGAGCATCA
Beta-F2com CTGGAGAACCGCGAAGAG
Beta-R2com GATGCTTCAGCATGGGAG
表 1 本试验所用引物
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第11期180
图 1 禾谷镰刀菌 FgβNAC 基因的敲除株与回复株的获得及 PCR 验证
A ：实验所用引物位置图。B. 禾谷镰刀菌 FgβNAC 基因敲除突变株 PCR 法基因型验证琼脂糖凝胶电泳图 ：M. DNA Marker ；1. FT2/G418F 引物
对以基因敲除菌株 fgβNAC 基因组 DNA 为模板扩增出了 2161 bp 片段 ；2. RT2/G418R 引物对以基因敲除菌株 fgβNAC 基因组 DNA 模板扩增出了
2008 bp 片段 ；3. Beta-ATG/Beta-TAA 引物对以基因敲除菌株 fgβNAC 基因组 DNA 为模板未能扩增出任何片段 ；4. Beta-ATG/Beta-TAA 引物对以野
生型菌株 PH-1 基因组 DNA 为模板扩增出了 668 bp 片段 ；5. FT2/G418F 引物对以野生型菌株 PH-1 基因组 DNA 为模板未能扩增出任何片段 ；6.
RT2/G418R 引物对以野生型菌株 PH-1 基因组 DNA 为模板未能扩增出任何片段。C. 禾谷镰刀菌 FgβNAC 基因敲除回复突变株 PCR 法基因型验证
琼脂糖凝胶电泳图 ：1-3. Beta-ATG/Beta-TAA 引物对以三株基因敲除菌株基因 DNA 为模板均能扩增出 668 bp 片段 ；4. Beta-ATG/Beta-TAA 引物对
以基因敲除菌株 fgβNAC 基因组 DNA 为模板未能扩增出任何片段 ；5. Beta-ATG/Beta-TAA 引物对以三株基因敲除菌株基因 DNA
FT2
F5 F6
904 bp
2938 bp
1019 bp
βNAC-ORF
G418R-resistance Cassette
G418R G418F
Beta-TAABeta-ATG F7
RT2
F8
5000
bp
A
B C
M 1 2 3 4 5 6
2000
750
500
5000
bp
M 1 2 3 4 5
2000
750
500
速率明显下降，为 0.97±0.11 cm/day（图 2）。而且
在固体培养基上 fgβnac 气生菌丝生长明显受阻，气
生菌丝和基内菌丝短小致密，说明基因缺失影响了
菌落在固体基质表面着生的能力。同样经过连续 3
d 测量液体 PD 培养液中菌丝干重结果表明，回复菌
株 fgβnac::FgβNAC 与野生型菌株 PH-1 差异明显，3
d 液体 PD 培养液培养的菌丝干重仅为野生型干重的
56%（图 2）。
2.3 FgβNAC基因对分生孢子产量及形态的影响
试验统计（图 3，表 2）显示，禾谷镰刀菌野
生型 PH-1 菌株产孢量约为（20.00±0.7）×105 个 /mL，
基因缺失突变体 fgβnac 的产孢能力明显下降，为
（4.3±0.20）×105 个 /mL， 回 复 突 变 菌 株 fgβnac::
FgβNAC 为（18.97±0.20）×105 个 /mL，与 PH-1 产
孢量无明显差异。敲除突变体较野生型产孢量显著
下降了 78.5%，说明 FgβNAC 基因在维持分生孢子
的生成上起着关键的作用。随机挑选 200 个分生孢
子，经统计表明，发现禾谷镰刀菌基因缺失突变
株 fgβnac 所产生的分生孢子和野生型 PH-1 相比在
形态上没有明显的变化，均为镰刀状，但在分生孢
子的平均长度和隔膜数上有所差异，回复突变菌株
fgβnac::FgβNAC 和野生型菌株 PH-1 的分生孢子平均
长度分别为 39.94 μm 和 35.9 μm，大多含有 3-5 个
隔膜，其中含有 5 个隔膜的最多，约占总孢子数的
38%。而基因缺失突变体 fgβnac 的分生孢子平均长
度 22.97 μm，大部分为 2-4 个隔膜，其中含有 3 个
隔膜的最多，占总孢子数的 51.5%（图 4）。图 5 为
DIC 10×40 视野下的分生孢子形态。以上试验说明
FgβNAC 基因在维持分生孢子的正常发育上起着重
要的作用。
2.4 致病力测定
小麦麦穗致病力测定试验结果如图 6、图 8 和
表 3 所示。接种 14 d 之后，野生型菌株 PH-1 和回
复突变菌株 fgβnac::FgβNAC 在寄主表面上快速生
长扩展并已侵入了麦穗的维管束组织，阻碍了营养
物质和水分的正常疏导，整个麦穗开始枯萎，从
2012年第11期 181麦合木提江·米吉提等 ：FgβNAC 基因对禾谷镰刀菌生长发育及致病性的影响
麦穗上可以明显观察到野生菌株 PH-1 和回复菌株
fgβnac::FgβNAC 长出的白色气生菌丝。而接种基因
缺失突变体 fgβnac 的麦穗除接种部位及邻近的小颖
被侵染以外，整个麦穗大体完好，没有出现穗枯现象。
数据统计（表 3）表明，野生菌株 PH-1 侵染小颖率
达到了 47.25±2.61%，而敲出突变菌株 fgβnac 侵染
小颖率为 21.45±0.78%。小麦胚芽鞘致病力测定结
果表明如图 7、图 9 和表 4 所示，胚芽鞘接种 7 d 之后，
野生型 PH-1 菌株的侵染病斑长度为 1.92±0.05 cm，
在致病力等级划分上属于强致病性。回复突变菌株
fgβnac::FgβNAC 的侵染病斑长度为 1.90±0.03 cm 同
样划分为强致病性。而基因缺失突变体 fgβnac 的侵
染病斑长度仅为 0.35±0.04 cm，在致病力等级划分
10
8
6
4
2
0
1 2 3 4
0.0
0.5
1.5
2.5
3.0
2.0
1.0
24 48 72
PH-1
fgβnac
fgβnac::FgpNAC
PH-1
fgβnac
fgβnac::FgpNAC
fgβnac::FgpNAC
菌
落
直
径
cm

培养时间d 培养时间d
菌
落
干
重
g
PH-1 fgβnac
A
C
B
图 2 禾谷镰刀菌各菌株在 PDA 培养基上的生长比较（A）、干重的比较（B）、固体 PDA 培养基上的菌落形态比较（C）
25
20
10
15
0
5
fgβnac::FgpNACPH-1 fgβnac
10
5 њ/
m
L
图 3 禾谷镰刀菌各株菌分生孢子产量比较
表 2 禾谷镰刀菌各株菌分生孢子产量比较
* 表示显著差异（P<0.05）
图 4 禾谷镰刀菌各菌株分生孢子不同隔膜数所占比例比对
7
A
6
5
4
3
2
1
0 10 20 30 40 50ᡰঐ∄ֻ%
ᆒᆀ
䳄㟌
ᮠњ

PH-1
7
B
6
5
4
3
2
1
0 10 20 30 40 50ᡰঐ∄ֻ%
ᆒᆀ
䳄㟌
ᮠњ

fgβnac fgβnac::fgβNAC
7
C
6
5
4
3
2
1
0 10 20 30 40 50ᡰঐ∄ֻ%
ᆒᆀ
䳄㟌
ᮠњ

菌株名称 产孢量（×105 个 /mL）
PH-1 20.0±0.7
fgβnac 4.30±0.2*
fgβnac::FgβNAC 18.97±0.2
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第11期182
上属于弱致病性。麦穗与胚芽鞘致病力测定结果表
明，FgβNAC 基因在禾谷镰刀菌侵染寄主过程中发
挥着重要的作用。
3 讨论
小麦赤霉病是禾谷类作物上的一类世界性病
害，这类病害的流行不但直接造成作物减产、品
质降低［18］，而且在谷物储藏期间常常产生真菌毒
素，引致人畜中毒，严重威胁粮食安全［19］。为了
有效控制小麦赤霉病的危害，深入研究其致病机
理，筛选杀菌剂有效的靶位点已迫在眉睫。本研
究通过基因敲除技术对禾谷镰刀菌 FgβNAC 基因进
行敲除并获得敲除突变体 fgβnac、基因回补突变体
fgβnac::FgβNAC，然后借助传统植物病理学研究手
段，对比野生型和基因缺失株的表型差异，展开对
FgβNAC 基因功能的阐述。菌落生长速率测定结果
表明，FgβNAC 基因的缺失会引起禾谷镰刀菌在固
体 PDA 培养基表面生长速率减慢，约为野生型的一
图 5 禾谷镰刀菌各株菌分生孢子微分干涉显微镜 10×40 视野下的分生孢子形态观察
10μm
PH-1 fgβnac fgβnac::FgβNAC
10μm 10μm
表 3 禾谷镰刀菌各菌株小麦麦穗致病力比较
总颖数（个） 侵染颖数（个） 侵染率（%）
PH-1 17.47±0.34 48.27±0.49 47.25±2.61
fgβnac 17.07±0.33 3.67±0.16 21.45±0.78*
fgβnac::FgβNAC 17.60±0.48 8.27±0.61 46.85±2.35
* 表示显著差异（P<0.05）
表 4 禾谷镰刀菌各菌株小麦胚芽鞘致病力比较
图 6 禾谷镰刀菌各菌株小麦麦穗致病力比较
ሩ➗ PH-1 fgβnac fgβnac::FgβNAC
图 7 禾谷镰刀菌各菌株小麦胚芽鞘致病力比较
ሩ➗ PH-1 fgβnac fgβnac::FgβNAC
* 表示显著差异（P<0.05）
菌株名称 病斑长度（cm） 致病力
PH-1 1.92±0.05 高
fgβnac 0.35±0.04* 低
fgβnac::FgβNAC 1.90±0.03 高
2012年第11期 183麦合木提江·米吉提等 ：FgβNAC 基因对禾谷镰刀菌生长发育及致病性的影响
半。同样，FgβNAC 基因的缺失突变株在液体 PD 培
养液中菌丝生长也明显受阻，在液体培养基中菌株
周围的外环境都是营养物质易于摄取，不象固体培
养基使菌丝难于侵入固体基质，摄取养分不足造成
菌丝生长速率减慢。由此可以推断 FgβNAC 基因的
缺失菌株菌丝生长的受阻不是营养物质缺失造成的，
而 FgβNAC 基因的缺失可能影响了细胞内蛋白质的
合成，正确折叠和菌丝生长有关基因的表达，进而
影响了细胞的正常代谢和菌丝生长。
孢子形成是真菌在抵抗恶劣环境时进行繁殖、
传播和存活的机制。对于大部分致病性真菌来说，
孢子是感染宿主的主要来源［20］。对分生孢子的显微
观察表明，FgβNAC 基因的缺失会引起禾谷镰刀菌
产孢量与野生型相比下降 78.5%，并且还影响分生
孢子的正常生长和发育，与野生菌株相比分生孢子
的平均长度和隔膜明显下降，但含同样隔膜数的分
生孢子长度无明显差异。
禾谷镰刀菌分生孢子在小麦穗部侵染时，新
产生的芽管并不立即入侵寄主组织，而是在寄主表
面生长扩展，然后逐步侵染到麦穗内部。当病菌扩
展到达穗轴后，在穗轴内沿微管束组织和皮层组织
向上和向下扩展，延伸到相邻小花，甚至整个穗
部［21， 22］。麦穗接种试验表明，FgβNAC 基因的缺失
能引起致病力显著地下降，造成病原真菌侵染能力
仅局限于单个小颖，而且无法侵入维管束组织引起
穗枯症状。禾谷镰刀菌不同菌株孢子侵入植物细胞
后，其生长扩展速度的差异，导致病斑长度不同。
显然与供试镰刀菌菌株的遗传组成直接有关［23］。小
麦胚芽鞘致病力测定结果显示，禾谷镰刀菌 FgβNAC
基因的缺失后极大影响了其致病力，接种的分生孢
子只侵入了接种位点不能生长扩散，几乎失去了对
小麦苗的致病能力。这些试验证据均显示出 FgβNAC
基因在调控禾谷镰刀菌细胞生长，影响无性发育以
及致病性上起着直接而关键的作用。
4 结论
本研究从比较基因组学的角度出发，以挖掘禾
谷镰刀菌致病相关基因为目标，通过生物信息学方
法在禾谷镰刀菌基因组数据库中比对发现了 βNAC
蛋白编码基因 FgβNAC，采用同源重组与抗生素抗
性标记基因相结合的方法，对禾谷镰刀菌 βNAC 蛋
白基因进行敲除获得缺失突变株 fgβnac 和互补菌株
fgβnac::FgβNAC，并对缺失突变菌株、互补菌株和
野生型菌株菌丝生长、分生孢子萌发、分生孢子形
态、无性生殖以及致病性等表型进行了比较研究，
结果显示 FgβNAC 基因的缺失引起以上表型各项指
标明显下降，从而可以推断该基因在调控禾谷镰刀
菌生长、发育以及致病性等方面发挥的重要作用。
FgβNAC 基因的缺失很大程度上影响了病原菌繁衍
和生存能力。本研究结果对进一步阐明禾谷镰刀菌
致病机理以及开发新型靶标杀菌剂具有指导意义。
参 考 文 献
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图 8 禾谷镰刀菌各菌株对小麦麦穗致病力的比较 图 9 禾谷镰刀菌各菌株对小麦胚芽鞘致病力的比较
100
80
60
40
20
0
PH-1 fgβnac fgβnac::FgβNAC
PH-1
fgβnac
fgβnac::FgβNAC
ץḃ
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PH-1 fgβnac fgβnac::FgβNAC
PH-1
fgβnac
fgβnac::FgβNAC
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䮯ᓖ
cm

2.5
2.0
1.0
0.0
0.0
1.5
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第11期184
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（责任编辑 马鑫）