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大麦条纹病是由麦类核腔菌(Pyrenophora graminea)引起的种子传播病害,主要分布在欧洲、美国、澳大利亚、加拿大、印度以及中国西北、东北大麦主产区,严重发生年份的田间发病率高达60%以上,减产73%以上。目前生产中最为经济有效的防治措施是选用抗病品种,由于大麦条纹病新生理小种的出现,使原有抗病品种的抗性丧失。因此,研究大麦条纹病病原菌的遗传背景和致病机制,可为大麦条纹病的抗病育种提供理论依据。双组分组氨酸激酶(Two-component histidine kinase,TCHK)信号途径在多种真菌体内参与调控致病性、生长发育、抑菌剂敏感性以及渗透压胁迫反应等多种生命活动,大麦条纹病菌是否存在TCHK信号途径,其元件功能如何,目前尚未见报道。本研究对大麦条纹病TCHK信号途径4个关键基因功能进行了研究,取得如下主要结果:1.成功克隆了P.graminea的4个基因:HPK(Histidine protein kinase)编码基因pgsln、RR(Response regulator protein)编码基因pgssk1、MAPKK激酶编码基因pgssk2和MAPK激酶编码基因pgpbs;建立了大麦条纹病菌原生质体再生及转化体系;构建了pgssk1,pgssk2和pgpbs基因的干扰突变体△pgssk1、△pgssk2和△pgpbs及pgsln基因的敲除突变体和其回补株。2.研究了大麦条纹病菌TCHK信号途径上四个重要元件pgpbs、pgsln、pgssk1和pgssk2的生物学功能,结果发现:(1)突变株△pgsln和△pgpbs菌丝生长速度较野生型(wild type,WT)缓慢且菌丝有畸变,说明pgsln和pgpbs基因参与调控菌丝营养生长。(2)突变株△pgsln、△pgssk1、△pgssk2和△pgpbs较野生型均对渗透胁迫(山梨醇或甘油)敏感,△pgpbs和△pgssk2较WT对Na离子胁迫敏感,△pgsln基因突变体较WT对Co离子胁迫敏感,说明pgsln、pgpbs、pgssk1和pgssk2参与调控菌丝的渗透压。(3)突变株△pgsln和△pgpbs较WT对DCFs(Dicarboximides fungicide)类的异丙脲胁迫具耐受性,突变株△pgsln较WT对多菌灵和咯菌腈胁迫具耐受性,突变株△pgssk2较WT对DMI类咪鲜胺胁迫具耐受性,推测pgsln、pgpbs有可能为DCFs类药剂的靶标、pgsln可能为多菌灵和咯菌腈药剂的靶标、pgssk2可能为DMI类药剂的靶标。(4)突变株△pgsln较WT对CR和SDS更耐受、对CFW敏感,且菌丝细胞壁中几丁质含量下降,原生质体释放率上升;突变株△pgpbs较WT对CFW耐受性强,菌丝几丁质含量上升且原生质体释放率下降;突变株△pgssk1较WT对CR、SDS和CFW敏感,几丁质含量下降且原生质体释放率上升。说明pgsln、pgpbs和pgssk1均参与细胞壁完整性调控。(5)突变株△pgsln、△pgssk1和△pgpbs对大麦植株致病性基本丧失,说明除pgssk2外,pgsln、pgssk1和pgpbs基因突变体均与致病性密切相关。3.大麦条纹病病原菌野生菌株QWC和干扰突变株Δpgpbs1比较转录组学分析结果表明,野生株和突变株之间共有890个差异表达基因,干扰突变株Δpgpbs1中有242个基因上调,648个基因下调;pgpbs通过影响大麦条纹病病原菌的代谢、转运、几丁质酶代谢和致病相关基因的转录来实现其在大麦条纹病致病性的调控作用。4.初步推断出TCHK信号途径4个基因可能的上下游关系。荧光定量结果表明,突变株△pgsln、△pgssk1和△pgssk2与WT相比pgpbs基因表达量均下降,不同胁迫压力能够刺激WT中pgpbs基因表达量上升,而各突变株中基因pgpbs的表达变化不显著,据此推测TCHK途径上的pgsln、pgssk1、pgssk2基因突变后影响了基因pgpbs的表达,结合生物信息学分析,进一步推定pgsln、pgssk1、pgssk2位于pgpbs上游;因此,初步推测4个基因的上下游关系有两种可能:(1)pgsln(HPK)→pgssk1(RR)→pgssk2(mapkk)→pgpbs(mapk);(2)pgsln(HPK)→pgssk2(mapkk)→pgssk1(RR)→pgpbs(mapk)。