1、核盤菌（Sclerotinia sclerotiorum）是一種寄主范圍廣泛、世界性分布的典型死體營養(yǎng)型植物病原真菌，能夠在多種經(jīng)濟作物（例如油菜，向日葵，大豆和扁豆等）上引起菌核病，給農(nóng)作物生產(chǎn)造成巨大的經(jīng)濟損失。
　　為了從基因組水平上研究核盤菌的發(fā)育特性，對核盤菌及已測序真菌的基因組進行了功能注釋和功能基因組比較分析。發(fā)現(xiàn)核盤菌基因組中與轉座元件相關的類似CENP-B的DDE超家族核酸內(nèi)切酶和反轉錄酶要遠遠多于其它真菌，這種

2、顯著的差異暗示了轉座事件在核盤菌基因組的進化中起到了重要作用。進一步詳細分析了核盤菌中的轉座元件的種類和它們與類似CENP-B的DDE超家族核酸內(nèi)切酶基因和反轉錄酶基因在基因組中的相對位置關系，表明這些酶家族基因的周圍確實存在典型的轉座元件。絕大多數(shù)類似于CENP-B的DDE超家族核酸內(nèi)切酶都與DNA轉座元件相關，其中TcMar-Fot1類群最多;所有反轉錄酶都與反轉錄轉座元件相關，其中LINE/Tad1，LTR/Gypsy和LTR/C

3、opia三個類群占比最多。對核盤菌及其它真菌中轉座元件的種類和數(shù)量的比較發(fā)現(xiàn)，DNA和RNA轉座元件均在核盤菌基因組的進化過程中起著重要作用。系統(tǒng)發(fā)育分析揭示類似CENP-B的DDE超家族核酸內(nèi)切酶和反轉錄酶基因家族的擴張可能是核盤菌中相應轉座元件在進化過程中短時間內(nèi)大量復制擴增的結果。轉錄分析表明盡管這兩大類轉座子中的大部分已經(jīng)“失活”，但少部分仍然具有“活性”，插入其它功能基因下游是其保持活性的方式之一。
　　利用數(shù)字表達譜檢

4、測了核盤菌在6個關鍵發(fā)育階段（包括菌絲營養(yǎng)生長階段、侵染階段、菌核形成階段、菌核菌絲萌發(fā)階段、菌核子囊柄萌發(fā)階段和子囊柄形成階段）的轉錄組。為了從整體上闡述核盤菌不同功能模塊活性在各個發(fā)育階段的動態(tài)變化，建立一種“功能譜”的分析方法來衡量各種功能模塊（例如GO功能模塊、Interpro功能模塊和KEGG代謝途徑）的相對活性。功能譜分析可以將基因表達水平和基因功能注釋結合起來描繪相應功能模塊的相對活性。通過比較“功能譜”，明確了各個功能模

5、塊在核盤菌不同發(fā)育階段的相對活性的動態(tài)變化。此外，利用基因功能富集分析法發(fā)現(xiàn)了核盤菌在不同發(fā)育階段相對菌絲營養(yǎng)生長階段所富集到的多個功能模塊。
　　功能譜分析結果顯示一條不完整的碳固定相關通路在核盤菌侵染、菌核菌絲萌發(fā)和菌核子囊柄萌發(fā)過程中被顯著地激活。光合作用過程中植物的碳固定途徑是將太陽能轉化為生物質(zhì)、生物產(chǎn)品和生物燃料的過程。對這條通路進行深入研究發(fā)現(xiàn)大量的異養(yǎng)型真菌也擁有和植物碳固定途徑相關的各種酶類，其中的許多酶在真菌中

6、都是保守的。在異養(yǎng)型的核盤菌中存在17個植物碳固定途徑相關酶類的同源蛋白，在Calvin-Benson-Basham(CBB)還原型磷酸戊糖途徑中有10個，在C4-二羧酸循環(huán)中有7個。尤其是在CBB循環(huán)中，只有5-二磷酸羧化加氧酶(Rubisco)和磷酸核酮糖激酶(PRK)在核盤菌中找不到同源蛋白。RNAi沉默試驗證明許多和這條途徑相關的酶類都在核盤菌的侵染和菌核形成過程中發(fā)揮重要作用。遺傳發(fā)育分析表明許多碳固定相關酶類在進化中都經(jīng)歷了

7、基因復制、基因丟失或獲得和基因功能多樣化事件。這些發(fā)現(xiàn)在碳固定層面展示了自養(yǎng)型生物和異養(yǎng)型生物之間的聯(lián)系，表明在進化過程中碳固定相關基因的功能在不同物種中是動態(tài)變化的。
　　在核盤菌發(fā)育過程中，碳水化合物活性酶類相關的功能模塊也受到了顯著地誘導。比較基因組分析顯示死體營養(yǎng)型和半活體營養(yǎng)型病原真菌的植物細胞壁降解酶和真菌細胞壁降解酶的數(shù)量都要比大多數(shù)活體營養(yǎng)型病原真菌中的多。然而，對核盤菌、禾谷鐮刀菌、青楊葉銹菌和禾谷類柄銹菌中的碳

8、水化合物活性酶類的轉錄分析表明在死體營養(yǎng)型和活體營養(yǎng)型真菌的侵染過程中，許多編碼植物細胞壁降解酶類的基因和真菌細胞壁降解酶類的基因都顯著上調(diào)表達，表明植物病原真菌中存在一種植物細胞壁降解和真菌細胞壁重組或修飾相伴隨的普遍機制，該機制可能與病原真菌的侵染密切相關。此外，本研究的結果表明植物病原真菌細胞壁的重組和修飾還與其自身的發(fā)育相關。
　　小分泌蛋白在活體半活體營養(yǎng)型真菌和其寄主植物的互作中發(fā)揮了重要作用，然而對它們在寄主非特異性

9、死體營養(yǎng)型真菌中的作用還知之甚少。轉錄組分析顯示許多分泌蛋白編碼基因在核盤菌菌核形成和侵染過程中顯著上調(diào)表達。選取兩個在核盤菌侵染過程中顯著上調(diào)表達的富含半胱氨酸的小分泌蛋白，即SsCVNH和SsSSVP1進行深入研究，發(fā)現(xiàn)它們在核盤菌的致病過程中發(fā)揮重要作用。對SsSSVP1的進一步研究表明，SsSSVP1從菌絲中被分泌出來后可被植物細胞內(nèi)化并且可在細胞間自主轉運，這種轉運不依賴于核盤菌本身。SsSSVP1主要定位于寄主的細胞質(zhì)并可誘

10、導植物細胞壞死。酵母雙雜交、免疫共沉淀和熒光雙分子互補試驗均證實SsSSVP1與植物中蛋白QCR8互作，QCR8是植物線粒體呼吸鏈上細胞色素b-c1復合體中的一個亞基。雙定點突變結果表明兩個半胱氨酸殘基（C38和C44）同時突變使SsSSVP1不能形成同源二聚體，不能和QCR8互作并失去了誘導植物細胞壞死的能力，說明部分半胱氨酸殘基在維持SsSSVP1的結構和功能過程中發(fā)揮了重要作用。熒光共定位試驗和熒光雙分子互補試驗顯示SsSSVP1

11、可以在QCR8進入線粒體之前將其“劫持”到細胞質(zhì)中從而擾亂了QCR8的亞細胞定位。在煙草中進行的病毒介導的基因沉默試驗表明沉默QCR8導致植株發(fā)育異常且引起植物細胞的壞死反應，提示SsSSVP1誘導的植物細胞壞死與SsSSVP1-QCR8之間的互作導致QCR8亞細胞定位的改變相關，QCR8亞細胞定位的改變可能使其喪失了生物學功能。這些結果表明小分泌蛋白在寄主非特異性死體營養(yǎng)型真菌中也作為潛在的效應因子發(fā)揮著重要作用。本研究揭示了小分泌蛋

12、白在寄主非特異性死體營養(yǎng)型真菌和其寄主植物互作過程中的新功能，闡明這種互作類型的致病機制具有重要意義。
　　本文從基因組、轉錄組和分泌蛋白組等多個水平研究了核盤菌致病和發(fā)育的分子機制。本研究的結果表明核盤菌任何一個發(fā)育階段都是多個基因組成一個密切聯(lián)系的網(wǎng)絡協(xié)同起作用的，但是這個網(wǎng)絡中每個基因所發(fā)揮的作用和所處的地位并不相同，存在某些關鍵的“節(jié)點基因”對某些生物學進程起著決定性作用。本文結合核盤菌的數(shù)字表達譜和生物信息學方法一方面全