香蕉枯萎病菌4号生理小种β1—微管蛋白基因的功能分析
摘 要 本研究克隆并鉴定香蕉枯萎病菌4号生理小种（Foc4）β1-微管蛋白（β1-tub）基因，采用Split-marker同源重组技术获得Foc4的β1-tub基因敲除突变体，通过测定突变体菌株的生长速度、產孢量、致病力及对多菌灵敏感性，研究β1-tub基因在香蕉枯萎病菌的生长发育及对多菌灵抗药性中的作用。结果表明：与Foc4野生型菌株相比，敲除突变体生长缓慢、菌丝畸形及产孢量增加，对巴西蕉苗的致病力明显减弱，但对多菌灵的抗性水平无明显变化。由此推测β1-tub基因可能在Foc4的生长发育、产孢及致病力等方面具有重要的作用。
关键词 香蕉枯萎病菌；β1-微管蛋白；基因敲除；致病力
中图分类号 S436.681 文献标识码 A
Functional Analysis of the β1-tubulin Gene in Fusarium oxysporum f. sp. cubense Race 4
LIU Yuanzheng1，2， QI Yanxiang2， ZENG Fanyun2， DING Zhaojian2， HE Zhuang1，2，
PENG Jun2， ZHANG Xin2， XIE Peilan2， XIE Yixian2*
1 Institute of Tropical Agriculture and Forestry， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China
2 Environment and Plant Protection Institute，Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Haikou， Hainan 571101， China
Abstract In this study， the β1- tubulin （β1-tub） gene in F.oxysporum f. sp. cubense race 4 （Foc4） was cloned and identified. The gene-knockout mutants of β1-tub gene in Foc4 were obtained by split-marker homologous recombination technique. The growth rate， sporulation， pathogenicity and sensitivity to carbendazim of the mutant strain were studied to investigate the effects of β1-tub on the growth， development and carbendazim resistance in Foc4. The results demonstrated that the knockout mutants of β1-tub showed slow growth， the hyphal deformity and increased conidium production， and significantly decreased pathogenicity to banana （Cavendish， AAA）， but no significant change in the resistance level to carbendazim when compared with the wild type isolate of Foc4. Therefore， we hypothesized that the β1-tub gene might play an important role in the growth， sporulation and pathogenicity of Foc4.
Key words Fusarium oxysporum f. sp. cubense； β1- tubulin； gene knockout； pathogenicity
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.06.017
由尖孢镰刀菌古巴专化型（Fusarium oxysporum f. sp. cubense）引起的香蕉枯萎病是破坏香蕉维管束导致植株死亡的毁灭性土传维管束病害，已给香蕉产业造成了巨大的经济损失。在实际生产中，使用化学杀菌剂、生物药剂对香蕉枯萎病防治的效果并不理想。种植抗（耐）病品种是当前该病综合治理中最为有效的方法之一。然而，目前生产上栽培的较抗（耐）枯萎病香蕉品种均是通过体细胞无性系变异获得的，通过无性变异获得的抗耐病品种易因病原菌的进化而逐渐丧失抗病性[1]。
苯并咪唑类杀菌剂（如多菌灵及以多菌灵为主的混/复配药剂）具有广谱、 高效、作用靶标位点单一和内吸性等特点，被广泛用于防治镰刀菌引起的植物病害[2-3]。该类杀菌剂主要作用于病原菌的β-微管蛋白，阻止菌体形成纺锤体，进而抑制有丝分裂，但由于药剂作用位点单一，病原菌在药剂选择压力下较易产生抗药性[4-5]。已有研究结果表明，多菌灵对香蕉枯萎病有一定防预作用[6]，但效果不太理想。
目前，由于缺乏理想的化学药剂、抗病品种等防治措施，香蕉产业面临着极大的威胁。近年来，对于香蕉枯萎病的致病机理与致病相关基因的研究已经在G蛋白、过氧化氢酶、MAPK通路等方面取得了一定进展[7-11]。对于β-微管蛋白的研究主要集中在其突变所产生的抗药性等方面[12]。
为了阐明香蕉枯萎病菌中β1-微管蛋白基因是否在抗药性及在病原菌致病过程中发挥作用，利用同源重组的原理获得了该基因的敲除突变体，并对敲除突变体的生长速度、产孢量、致病力及对多菌灵敏感性等生物学特性进行分析，完善该基因的具体功能，为香蕉枯萎病菌对多菌灵等苯并咪唑类杀菌剂产生的抗药性及其致病机理的研究提供理论基础。