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香蕉是世界上最重要的水果之一,也是仅次于水稻、小麦和玉米的第四大粮食作物,因此香蕉生产攸关世界粮食安全、地区发展和人类健康（Ploetz R C,2006）。但是,香蕉枯萎病菌热带4号生理小种（Fusarium oxysporum f.sp.cubense Tropical race 4）的大规模爆发和流行,已严重危及到该产业的可持续发展。为了防控该病害,本课题对来自不同香蕉生产国的56个Foc菌株（涵盖4个生理小种、24个营养体亲合群（Vegetative Compatibility Groups,VCGs））进行了基因组重测序,利用比较基因组学研究了全球范围内病原菌的进化规律、鉴定了Foc TR4效应蛋白,并对重要的蛋白开展功能分析,具体结果如下:1香蕉枯萎病菌基因组重测序及生物信息学分析（1）基因组重测序及组装:对来自不同香蕉生产国的55个Foc菌株（涵盖4个生理小种、24个VCGs）,包括6株Foc TR4,8株Foc STR4（亚热带4号小种）,35株Foc race 1,2株Foc race2,2株大蕉Foc,2株非致病性尖孢镰刀菌,进行了基因组重测序,测序覆盖度均在50倍以上。测序的原始数据经过滤后组装成Contigs和Supercontigs。（2）基因组Core和LS-Region的区分结合公布在Broad Institute网站上的14种镰刀菌基因组序列,预测了Foc TR4菌株II5的核心基因组（Core genome或者regions）和Lineage-specific regions（LS-Regions）,并以此为参考,采用“剔除核心基因组”（Eliminating the Core Genome）的方法鉴定各个测序菌株的Core regiongs和LS regions,结果显示不同类型菌株间的Core和LS-Region的大小存在显著差异。（3）全球范围内的香蕉枯萎病菌的进化规律利用3种方法研究了全球范围内的Foc的进化规律:（1）根据10个看家基因绘制的进化树;（2）全基因组范围内的SNP绘制的进化树;（3）主成分分析法（Principal Component Analysis,PCA）,发现Foc TR4菌株进化非常保守,是单一起源的,并且进化速度非常快;其它类型菌株如Foc STR4和Race 1则进化比较复杂,有多个进化源头;大蕉枯萎病菌由Race 1进化而来,克服了对Race 1、Foc TR4和Foc STR4有高度抗性的大蕉的免疫系统。（4）香蕉枯萎病菌交配型的分析收集交配型位点MAT1-1和MAT1-2基因序列作为对照,将组装的序列进行Mapping,获得不同类型菌株的交配型基因,结果显示香蕉枯萎病菌为异宗配合真菌,而Foc TR4（VCG01213,01216和01213/16）为MAT1-1类型。（5）香蕉枯萎病菌效应蛋白的预测根据结构特征,预测了各测序菌株的效应蛋白。结合公布在Broad Institute网站上的14种镰刀菌基因组序列,利用比较基因组学方法鉴定到各VCGs特异的效应蛋白,也对各生理小种特异的效应蛋白进行分析,鉴定到Foc Race1有24个、Foc STR4有47个、Foc TR4有37个。2 Foc TR4侵染过程中效应蛋白的表达规律将Foc TR4接种广粉1号、巴西蕉和抗病品种中蕉6号组培苗,将其侵染过程分为附着、共生、共生向腐生转化、腐生等4个阶段。对侵染过程中表达的效应蛋白进行鉴定。鉴定出的效应蛋白的功能主要有:（1）降解植物细胞壁:如果胶酶、纤维素酶、角质酶、糖基水解酶等;（2）结合自身细胞壁几丁质;（3）细胞自噬,参与香蕉枯萎病菌的形态建成;（4）胞吞作用;（5）清除寄主释放的ROS;（6）其它功能。3 Foc TR4重要效应蛋白的功能分析对前期Foc TR4接种巴西蕉组培苗的蛋白质组学数据进行分析,结合比较基因组学鉴定结果,挑选107个效应蛋白基因进行研究,挑选标准为侵染过程中高表达或者Foc TR4特异效应蛋白;研究内容包括:（1）筛选坏死效应蛋白;（2）基因敲除,筛选对致病性影响较大的效应蛋白。坏死效应蛋白的筛选:将挑选的效应蛋白基因在大肠杆菌中进行表达,再将表达的蛋白接种于香蕉组培苗叶片上,筛选到20个能引起HR反应的效应蛋白。对致病性影响较大的效应蛋白的筛选:对各个阶段高表达的效应蛋白,以及能使香蕉叶片产生HR反应的效应蛋白进行基因敲除,接种香蕉后,调查了发病率,结果如下:FOIG00012,03734,07201敲除突变体完全丧失致病力;FOIG01651,03512,03690,04451,07803,10415,01077,01919敲除突变体有弱致病力;FOIG04525,07508,15400,15834敲除突变体有中度致病力,说明这些效应蛋白对病原菌的致病性有重要影响。4白僵菌素是Foc TR4一种重要的毒性因子本课题组的前期研究已经表明:白僵菌素（BEA）能够导致假茎腐烂、细胞死亡、香蕉幼苗的腐烂和死亡,转录组学结果显示BEA能够抑制寄主DNA复制。为进一步确定BEA对病原菌致病力的影响,构建了BEA生物合成途径的限速酶Bbeas的基因敲除突变体。测定了突变体的BEA生物合成和致病力变化,与野生型菌株相比较,Bbeas敲除突变体的BEA的生物合成量显著降低,致病性完全丧失,而回补菌株Bbeas-complement能够恢复BEA的生物合成及致病性,表明Bbeas基因是病原菌的关键因素之一或者BEA是病原菌致病性不可或缺的因素。