段凱莉，江聰，王光輝

西北農林科技大學植物保護學院，陜西楊凌712100

由禾谷鐮刀菌（Fusarium graminearum）引起的小麥赤霉病是一種世界性的真菌病害。隨著氣候變暖以及秸稈還田等耕作制度的實施，小麥赤霉病在我國長江中下游和黃淮麥區(qū)頻繁發(fā)生，其發(fā)病區(qū)域呈北擴西移的態(tài)勢，對我國糧食安全構成了巨大威脅[1]。該病害不但嚴重降低小麥產量，其病原菌還會分泌脫氧雪腐鐮刀烯醇（deoxynivalenol,DON）和玉米赤霉烯酮（zearalenone,ZEN）等多種真菌毒素污染小麥籽粒及其制品，造成嚴重的食品安全問題[2]。目前施用化學藥劑依然是防治小麥赤霉病最有效的手段，然而近年來菌株抗藥性、農藥殘留和環(huán)境污染等問題日益凸顯[3]。因此從長遠角度出發(fā)，深入研究禾谷鐮刀菌在生長發(fā)育、毒素合成以及植物侵染等過程中的關鍵基因，對于抗小麥赤霉病分子育種以及發(fā)掘綠色殺菌劑的特異靶標等都具有十分重要的指導意義。

蛋白磷酸化是一種重要的蛋白質翻譯后修飾，生物體內大約30%的蛋白存在磷酸化修飾[4]。蛋白的磷酸化修飾可以調節(jié)蛋白質的生物活性、穩(wěn)定性、亞細胞定位以及蛋白質互作等，幾乎參與了整個生命周期的所有生命活動[5]。蛋白激酶是一個大家族，可將ATP中的磷酸基團轉移至底物蛋白的絲氨酸、蘇氨酸或酪氨酸殘基上，而蛋白磷酸酶則介導了底物蛋白的去磷酸化過程[6]。在釀酒酵母中共鑒定到127個蛋白激酶基因，約占整個基因組的2%，它們參與了信號傳導、細胞分裂、有性（無性）生殖、環(huán)境應答等重要生物學過程[4,7]。蛋白激酶在植物病原真菌中也扮演著重要角色，參與了營養(yǎng)生長、生殖、脅迫應答和植物侵染等過程。2011年，Wang等[8]以禾谷鐮刀菌為研究對象，首次系統(tǒng)地解析了植物病原真菌中蛋白激酶的生物學功能。在最近十年的研究中，禾谷鐮刀菌蛋白激酶的研究又取得了一系列的重要進展。本文總結了禾谷鐮刀菌蛋白激酶在生長發(fā)育和致病力等方面的生物學功能和分子機制，并對未來禾谷鐮刀菌蛋白激酶的研究趨勢進行了展望。

1 禾谷鐮刀菌中蛋白激酶概況

在真核生物中，蛋白激酶超家族分為典型的蛋白激酶和非典型的蛋白激酶[7]。根據序列同源性、結構域和調控模式等特征，典型的蛋白激酶又細分為8組，具體為AGC、CAMK、CK1、CMGC、RGC、STE、TK和TKL；非典型的蛋白激酶具有保守的蛋白激酶結構域（PF00069），而與典型的蛋白激酶無序列同源性。非典型的蛋白激酶主要包括Alpha、PIKK、PDHK和RIO等，均已被證實具有激酶活性。在禾谷鐮刀菌中共鑒定到116個蛋白激酶基因，20個是致死基因，而剩余的96個蛋白激酶基因都能被敲除[8]。其中42個激酶基因的敲除突變體致病力顯著下降或完全喪失，3個激酶基因的突變體完全喪失產分生孢子的能力，26個激酶基因的突變體則不能形成子囊殼或子囊孢子發(fā)育異常，19個激酶基因突變體的子囊孢子無法正常噴發(fā)，另外還有5個激酶基因的突變體對高滲脅迫表現出較高的耐受性。由此可見，在禾谷鐮刀菌中蛋白激酶參與了生長發(fā)育、無性（有性）生殖、脅迫應答和植物侵染等多種重要過程。

2 蛋白激酶A（PKA）

PKA又被稱為cAMP依賴的PKA，其介導的信號途徑普遍存在于真核生物中，參與了細胞生長、細胞分裂、營養(yǎng)利用、脅迫應答等多個生物學過程。在釀酒酵母中，PKA復合體由兩個催化亞基和兩個調節(jié)亞基共同組成，在未受到環(huán)境刺激時處于鈍化狀態(tài)。當感受到外界信號后，胞內cAMP濃度迅速升高并與PKA調節(jié)亞基結合，導致PKA復合體構象發(fā)生變化，從而釋放出催化亞基將底物蛋白磷酸化[9]。

在禾谷鐮刀菌中，存在Cpk1和Cpk2兩個PKA催化亞基，只有CPK1基因的缺失會導致菌株生長、產孢率、DON毒素合成和致病力的顯著降低[10]。腺苷酸環(huán)化酶參與了胞內cAMP的生物合成，禾谷鐮刀菌腺苷酸環(huán)化酶基因FAC1的缺失也會顯著降低DON毒素合成和致病力[10]。在產毒誘導條件下，禾谷鐮刀菌胞內cAMP濃度顯著升高，而添加外源cAMP也會誘導TRI基因簇的表達和DON毒素的合成[11]。另外，在禾谷鐮刀菌中存在兩個cAMP磷酸二酯酶基因PDE1和PDE2，其雙敲除突變體pde1 pde2菌落生長極其緩慢，雖然DON毒素合成顯著上升，但卻只能使小麥穗部的接種點發(fā)病[11]。因而，cAMP-PKA途徑在禾谷鐮刀菌的營養(yǎng)生長、DON毒素合成和植物侵染等過程中具有重要作用。有研究表明，在禾谷鐮刀菌中PKA信號途徑可通過磷酸化修飾解除FgSfl1的轉錄抑制功能進而激活下游基因的表達[12]。Li等[13]的研究顯示禾谷鐮刀菌PKA調節(jié)亞基（PKR）的缺失盡管會顯著上調CPK1的轉錄水平，但也會造成Cpk1蛋白的降解，暗示可能存在一條負反饋調節(jié)途徑通過降解Cpk1來抑制cAMP-PKA信號途徑的過激活。然而，CPK1基因的自發(fā)點突變可以部分恢復pkr突變體的表型缺陷，而這些突變可能增加了Cpk1蛋白的穩(wěn)定性[13]。目前，禾谷鐮刀菌中cAMP-PKA信號途徑的調控機制已有較多的研究，但是對其上游膜受體以及下游靶基因尚缺乏深入的研究。

3 促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）

MAPK介導的信號途徑是一類在真核生物中十分保守的重要信號傳導系統(tǒng)，是由MAPKKK（MAP kinase kinase kinase）、MAPKK（MAP kinase kinase）和MAPK（MAP kinase）構成的一個三激酶級聯體系[14]。在接收到胞外信號后，MAPK級聯激酶通過依次磷酸化將信號放大并傳遞至細胞內部，進而激活下游轉錄因子和其他靶蛋白，使細胞作出適當的應答。在禾谷鐮刀菌中共鑒定到3個MAPK蛋白激酶Gpmk1、FgHog1和Mgv1，它們分別與釀酒酵母中的信息素響應/絲狀生長信號途徑（Fus3/Kss1 pathway）、細胞壁完整性信號途徑（CWI pathway）以及高滲透壓甘油信號途徑（HOG pathway）中的MAPK同源[8]。

3.1 Gpmk1蛋白激酶

在釀酒酵母中，Fus3和Kss1兩個MAPK蛋白激酶分別介導了Ste11-Ste7-Fus3和Ste11-Ste7-Kss1信號途徑，二者分別調控了釀酒酵母的信息素應答和絲狀生長[15]。在釀酒酵母中，膜受體蛋白在接收到胞外部信號后，會將信號傳遞給Ste11-Ste7-Fus3信號途徑。雙磷酸化的Fus3蛋白激酶變?yōu)榧せ顟B(tài)，進入細胞核中磷酸化特定的底物蛋白從而啟動有性生殖過程；而當營養(yǎng)匱乏時，外界信號則通過Ste11-Ste7-Kss1信號途徑激活釀酒酵母的絲狀生長[16]。

2003年Jenczmionka等[17]首 次 克 隆 了Fus3/Kss1在禾谷鐮刀菌中的同源蛋白Gpmk1，發(fā)現GPMK1基因的缺失不僅導致禾谷鐮刀菌營養(yǎng)生長和分生孢子產率的嚴重下降，還造成gpmk1突變體有性生殖和致病力的完全喪失。2005年Jenczmionka等[18]還報道，Gpmk1調控了內切葡聚糖酶、木聚糖酶、蛋白水解酶和脂肪酶的分泌，但對淀粉酶和果膠酶無調控作用。另外，Urban等[19]發(fā)現MAP1（即GPMK1）基因的缺失導致DON產量下降。因而，Gpmk1可能通過調控DON毒素和細胞壁降解酶的合成參與禾谷鐮刀菌對小麥的侵染。近些年，禾谷鐮刀菌中Gpmk1信號途徑的一些上游元件、膜受體以及下游轉錄因子也被鑒定出來。有研究表明Fst11和Fst7分別為Gpmk1信號途徑中的MAPKKK和MAPKK[8]，而小G蛋白Ras2為Gpmk1信號途徑上游的重要分子開關[20]。膜蛋白FgSho1和GPCR蛋白Giv1被證明為Gpmk1信號途徑的膜受體，二者均調控了Gpmk1信號途徑的激活[21-22]。有趣地是，膜受體Giv1也調控了cAMP-PKA信號途徑的激活[22]。2015年Gu等[21]報道FgSte12為Gpmk1激酶下游的轉錄因子，Gpmk1不但調控了FgSTE12基因的轉錄水平，而且調控了FgSte12蛋白的核定位效率，另外二者在禾谷鐮刀菌侵染墊形成、菌絲穿透和細胞壁降解酶分泌等過程中具有相似的功能。

3.2 FgHog1蛋白激酶

HOG信號途徑廣泛存在于動物和真菌等真核生物中，是生物體應對高滲脅迫所必需的[15]。在釀酒酵母中，HOG信號途徑的核心部分由1個MAPK（Hog1）、1個MAPKK（Pbs2）和3個MAPKKK（Ste11、Ssk2和Ssk22）組成，該信號途徑由兩個信號支路來激活Pbs2-Hog1[16]。一條支路信號來自膜受體Sln1，信號沿Ssk2/Ssk22-Pbs2-Hog1傳遞；另外一條支路信號來自膜受體Sho1和Msb2，信號沿Ste11-Pbs2-Hog1傳遞。

Zheng等[23]首先在禾谷鐮刀菌中鑒定出HOG信號途徑中的3個級聯激酶FgSsk2、FgPbs2和FgHog1。這3個激酶基因均參與了菌絲生長、有性生殖、DON毒素合成和植物侵染等過程。Zheng等[23]還揭示了FgHog1信號途徑通過調控甘油、阿拉伯糖醇、甘露醇和蔗糖的合成以應對高滲脅迫環(huán)境，另外FgHog1信號途徑還調控了病原菌對氧化脅迫、細胞膜脅迫以及細胞壁脅迫的應激反應。2011年，Jiang等[24]發(fā)現2C型磷酸酶FgPtc3通過負調控FgHog1的磷酸化水平，進而參與了病原菌的產毒、致病以及脂質體的形成。

3.3 Mgv1蛋白激酶

細胞壁是病原真菌的天然屏障，在抵御外界物理、化學和生物等不利環(huán)境因子方面發(fā)揮了重要的作用。絲狀子囊菌保留了與釀酒酵母Bck1-Mkk1/Mkk2-Slt2同源的MAPK級聯途徑，該信號途徑作用于小G蛋白Rho1和蛋白激酶C（PKC）的下游，并調控了細胞壁的完整性[7]。

2002年，Hou等[25]首先在禾谷鐮刀菌中克隆了釀酒酵母SLT2的同源基因MGV1(MAP kinase for growth and virulence 1），并對該基因進行了敲除。mgv1突變體菌落生長極其緩慢，并表現出嚴重的細胞壁缺陷，另外mgv1突變體基本喪失了有性生殖、DON毒素合成和植物侵染的能力。表明MGV1是禾谷鐮刀菌營養(yǎng)生長、有性生殖、致病力以及維持細胞壁完整性所必需的。此外，還有研究表明Mgv1和Gpmk1在禾谷鐮刀菌抵御真菌防御素MsDef1的過程中具有重要作用[26]。Yun等[27]報道禾谷鐮刀菌Mgv1上游的MAPKK（FgMkk1）和下游的轉錄因子FgRlm1均參與了細胞壁完整性、DON毒素合成以及病原菌的致病力，而FgMkk1還參與了對外界滲透脅迫和氧化脅迫的應答。該研究進一步揭示FgMkk1同時調控了CWI和HOG信號途徑的激活[27]，這也暗示這兩條MAPK信號途徑之間存在相互交流。此外，有研究報道FgSho1[21]和FgWsc2B[28]為CWI信號途徑的膜受體，二者均調控了Mgv1的磷酸化水平。

3.4 FgGpmk1、FgHog1和Mgv1激酶間的交互作用

3個MAP激 酶Mgv1、FgHog1和FgGpmk1均參與了禾谷鐮刀菌的菌絲生長、生殖、植物侵染和脅迫應答，且三者之間也存在著聯系。FgHOG1的缺失部分恢復了mgv1突變體在營養(yǎng)生長和細胞壁完整性方面的缺陷，而MGV1的缺失也顯著降低了Fghog1突變體對高滲脅迫的敏感性[29]。研究顯示在mgv1突變體中FgHog1的磷酸化水平升高，而在mgv1 Fghog1雙敲突變體中Gpmk1的磷酸化水平也顯著升高，尤其是在細胞壁脅迫條件下[29]。推測mgv1 Fghog1雙敲突變體中Gpmk1信號途徑的激活，可能參與了細胞壁的重構。

4 FgTor蛋白激酶

To（rtarget of rapamycin）蛋白激酶在真核生物中十分保守,且具有重要的生物學功能，一直受到科學家的廣泛關注。在20世紀90年代初期，Heitman等[30]首先在釀酒酵母中鑒定到TOR信號途徑的核心元件——Tor激酶。在真核生物中，Tor蛋白的結構和功能都十分保守，大部分物種中只有1個Tor蛋白，然而在釀酒酵母和裂殖酵母中存在兩個Tor蛋白（Tor1和Tor2）。在釀酒酵母中，Tor1和Tor2與不同的蛋白形成TORC1和TORC2兩個復合體。TORC1代表雷帕霉素敏感的信號分支，通過激活合成代謝和抑制分解代謝促進細胞生長。TORC2對雷帕霉素不敏感，該復合體在細胞骨架重塑和細胞內吞等方面發(fā)揮重要功能[31]。在釀酒酵母中，雷帕霉素與肽基脯氨酰順反異構酶Fkbp12形成復合體，進而與TORC1互作并抑制TORC1所介導的信號途徑[30]。

2014年Yu等[32]首次解析了禾谷鐮刀菌中TOR信號通路中關鍵元件的功能以及該信號途徑的作用機制。研究發(fā)現，與釀酒酵母不同，禾谷鐮刀菌中僅含有1個TOR蛋白激酶FgTor，且為致死基因。雷帕霉素可以與FgFkbp12形成復合體，直接與FgTor的FRB結構域互作從而抑制FgTor的激酶活性。而FgTor通過下游的FgTap42-磷酸酶（FgPp2A、FgSit4或FgPpg1）復合體調控了病原菌的DON毒素合成、致病力和細胞自噬等。其中FgSit4和FgPpg1通過負調控FgMsg5調控了Mgv1信號途徑，另外FgPpg1還通過下游轉錄因子FgAreA、FGSG_09019和FGSG_09709調控了DON毒素合成和致病力。Liu等[33]發(fā)現TOR信號途徑通過FgSit4/FgPpg1支路，利用蛋白激酶FgCak1對蛋白磷酸酶FgNem1進行磷酸化修飾。磷酸化的FgNem1與調節(jié)亞基FgSpo7形成復合體，進而使磷脂酰磷酸酶FgPah1脫磷酸從而激活其催化活性，最終促進三酰甘油和脂滴的合成。該研究表明TOR信號通路通過FgNem1/Spo7-FgPah1調控的脂滴合成，對禾谷鐮刀菌的生長發(fā)育和致病力具有重要作用。在釀酒酵母中，蛋白激酶Sch9是TORC1直接作用的下游元件，其激酶活性可被TORC1介導的磷酸化激活[34]。Fgsch9突變體在菌絲生長、分生孢子形態(tài)建成、DON毒素合成和致病力等方面存在顯著的缺陷。在禾谷鐮刀菌中，FgSch9不但與FgTor1激酶互作，而且還與FgHog1激酶互作[34]。Fgsch9突變體不但對雷帕霉素敏感，其對滲透壓、氧化脅迫和細胞壁脅迫也表現出較高敏感性[35]。因而，推測FgSch9可能介導了TOR與HOG信號途徑間的交流。

5 細胞周期相關蛋白激酶

細胞周期是一個受嚴密調控且有序發(fā)生的重要細胞事件，在細胞生長、分裂和分化過程中均扮演了重要的角色。細胞周期依賴性蛋白激酶（CDK）是細胞周期調控機制的核心，其與細胞周期蛋白（cyclin）形成CDK-cyclin復合體，推動細胞跨越各細胞周期檢測點完成細胞周期[36-37]。在CDK-cyclin復合體中，cyclin作為調節(jié)亞基可以將催化亞基CDK引導至特定的底物蛋白或亞細胞部位，增強其底物特異性[38]。在釀酒酵母中存在5個CDKs（Cdc28、Pho85、Kin28、Ssn3和Ctk1），而只有Cdc28在細胞周期各時期相轉換過程中發(fā)揮重要功能[36]。在裂殖酵母中Cdc28的同源基因為Cdc2，二者高度同源[39]，CDC28/CDC2基因的缺失均會導致酵母菌的死亡[40-41]。在釀酒酵母中，Cdc28可以與9個細胞周期蛋白分別結合以磷酸化不同的底物蛋白，從而介導不同的細胞信號對細胞周期的調控[42]。

5.1 細胞周期依賴性蛋白激酶Cdc2A和Cdc2B

Liu等[43]發(fā)現與模式酵母和多數絲狀真菌不同，禾谷鐮刀菌具有兩個CDC2同源基因——CDC2A和CDC2B，并且在糞殼菌綱中僅串珠鐮刀菌、假禾谷鐮刀菌和腐皮鐮刀菌具有兩個CDC2同源基因。該研究發(fā)現CDC2A和CDC2B基因的單敲除均不影響營養(yǎng)生長，但是二者同時敲除卻是致死的，表明CDC2A和CDC2B均參與了禾谷鐮刀菌營養(yǎng)生長過程中細胞周期的調控且存在功能冗余。另外，CDC2A特異調控了禾谷鐮刀菌的侵染生長和有性發(fā)育過程，該基因的缺失導致病原菌致病力基本喪失以及有性生殖過程中子囊和子囊孢子發(fā)育出現嚴重缺陷。該研究還發(fā)現Cdc2A-GFP在營養(yǎng)菌絲、子囊孢子和侵染菌絲中均定位于細胞核中，且熒光信號在萌發(fā)菌絲和發(fā)育子囊孢子的細胞核內顯著增強，但在上述細胞中卻檢測不到Cdc2B-GFP的熒光信號。表明Cdc2A和Cdc2B存在功能分化，而Cdc2A是植物侵染和有性生殖過程中發(fā)揮主效功能的CDK，然而二者功能分化的分子機制尚不清楚。該研究還證明N端和C端區(qū)域均是Cdc2A在植物侵染過程中發(fā)揮功能所必需的，而在有性生殖過程中其N端區(qū)域具有更重要的作用，另外N端區(qū)域也決定了Cdc2A的細胞核定位[43]。

在釀酒酵母中Cdc28的激活不僅需要與細胞周期蛋白結合，而且需要CDK激活激酶Cak1對其T-loop中保守的蘇氨酸殘基進行磷酸化[43]。在禾谷鐮刀菌中，FgCak1可以分別與Cdc2A和Cdc2B互作。與cdc2A和cdc2B突變體不同，Fgcak1突變體不但在營養(yǎng)生長和無性生殖方面表現出嚴重缺陷，其在致病力和有性生殖上表現出更加嚴重的缺陷[43]。因而，推斷FgCak1可能同時參與了Cdc2A和Cdc2B激酶的激活。Jiang等[44]還發(fā)現禾谷鐮刀菌的Cdc2A和Cdc2B存在互作關系，推測二者可能在營養(yǎng)菌絲中形成同源和異源二聚體發(fā)揮功能。

5.2 細胞周期依賴性蛋白激酶FgSsn3

在釀酒酵母中細胞周期依賴性蛋白激酶Ssn3是介體復合物（mediator complex）中唯一的蛋白激酶組分，而介體復合物分別與基因特異的轉錄因子和RNA聚合酶Ⅱ互作，參與二者間的信息傳遞[45]。在釀酒酵母中Ssn3通過磷酸化RNA聚合酶Ⅱ的C端結構域調控基因轉錄[46]。Cao等[47]在禾谷鐮刀菌中鑒定出了釀酒酵母Ssn3的同源蛋白FgSsn3。FgSSN3基因的缺失造成禾谷鐮刀菌在營養(yǎng)生長、無性（有性）生殖、DON合成和致病力等方面的嚴重缺陷。酵母雙雜交結果顯示FgSsn3可以與C型細胞周期蛋白Cid1互作，且cid1突變體表現出與Fgssn3突變體相似的表型[47-48]。另外，在Fgssn3突變體中分生孢子瓶梗形成相關基因HTF1和PCS1的表達水平顯著上調，而一些DON合成相關基因TRI4、TRI5、TRI6、TRI10和TRI11則顯著下調[47]。表明在介體復合物中FgSsn3與Cid1互作形成的CDK-cyclin復合體調控了多個基因的表達，從而參與了禾谷鐮刀菌的營養(yǎng)生長、生殖生長和植物侵染等過程。

6 RNA剪接相關蛋白激酶

在多數真核生物中，前體mRNA由多個外顯子和內含子間隔形成，其需通過剪接體將內含子去除并將外顯子連接，才能變?yōu)槌墒斓膍RNA。剪 接 體 由5種snRNA（U1、U2、U4、U5和U6 snRNA）和100多個蛋白共同組成的一個高度復雜且動態(tài)變化的復合體[49]。剪接體是在前體mRNA上從頭開始組裝的，首先U1和U2 snRNP識別并結合至前體mRNA內含子的5′剪接位點，形成A復合體。而A復合體會招募U4/U6-U5 snRNP三聯體，形成無催化活性的B復合物。隨后U1和U2 snRNP從該復合體上解離，此時前體mRNA與U2、U5和U6 snRNAs之間形成復雜的RNA-RNA互作網絡，B復合體才變?yōu)榫哂蠷NA剪接活性的形式。具有活性的RNA剪接體通過兩次轉酯反應將前體mRNA上的內含子切除，同時U2、U5和U6 snRNP會從成熟的mRNA上解離，參與下一輪的RNA剪接過程[49]。

6.1 FgPrp4蛋白激酶

Prp4（pre-RNA processing 4）是第一個被發(fā)現對前體mRNA剪接具有調控作用的蛋白激酶。在裂殖酵母中，Prp4可以磷酸化剪接因子SR蛋白，進而影響前體mRNA的剪接[50-51]。在人類和釀酒酵 母 中，Prp4與U4/U6-U5三 聯 體 中 的Prp6、Prp31、Brr2和Prp8蛋白互作[52]，通過磷酸化Prp31和Prp6來調控復合體B的組裝與激活[53]。

Gao等[54]報道在禾谷鐮刀菌中FgPrp4蛋白激酶調控了前體mRNA的剪接效率，該基因的缺失會導致病原菌在分生孢子形態(tài)、有性生殖和致病力等方面出現嚴重缺陷。Fgprp4突變體生長極其緩慢，而U4/U6-U5三聯體中FgPRP6、FgPRP31、FgBRR2和FgPRP8基因的自發(fā)突變能夠部分恢復Fgprp4突變體的生長缺陷[54]。進一步的研究表明FgPrp31的C端和N端通過互作產生自抑制，而FgPRP31的自發(fā)突變與FgPrp4對FgPrp31的磷酸化修飾均能解除這種自抑制作用[55]。Sun[56]和Li[57]又陸續(xù)發(fā)現Fgprp4突變體的自發(fā)突變也會發(fā)生在U4/U6-U5三聯體組分FgSNU66和FgSAD1基因上。FgSnu66蛋白C端區(qū)域參與了其同U4/U6-U5三聯體關鍵組分FgHub1和FgPrp8的互作，進而調控了剪接體的激活[56]。而FgSAD1基因的自發(fā)點突變可增強U4/U6-U5三聯體的穩(wěn)定性以及FgSad1與U2 SnRNP的結合，從而促進剪接體的組裝[57]。因而，FgPrp4可能通過磷酸化U4/U6-U5三聯體中的關鍵組分，來調控剪接體的活性。此外，還有研究顯示FgPrp4參與了對剪接因子SR蛋白FgSrp1的調控[58]。

6.2 Srk1蛋白激酶

SR蛋白是真核生物中一類重要的剪接因子，其調控了剪接體的組裝和剪接位點的識別，此外SR蛋白還參與了mRNA核外運輸、蛋白翻譯以及無義介導的mRNA降解等過程[59-60]。SR蛋白的功能和亞細胞定位受到SR蛋白特異激酶（SR protein-specific kinases,SRPKs）的調控[61]。SRPKs具有一個保守的激酶結構域，但是該激酶結構域被一個不保守的間隔序列分成兩部分[62]。Wang等[63]發(fā)現SR蛋白特異激酶Srk1是禾谷鐮刀菌營養(yǎng)生長、有性生殖和植物侵染所必需的，并且調控了多個基因的可變剪接和轉錄水平。在菌絲生長過程中，Srk1激酶可以在核質間穿梭，這一過程可能受到細胞周期的調控。Srk1激酶中的間隔序列參與了Srk1蛋白的核質轉運，間隔序列的缺失會導致Srk1只能滯留在細胞核中。該研究通過蛋白親和純化偶聯質譜技術發(fā)現,Srk1可以與多個剪接體組分互作，并進一步驗證了Srk1與SR蛋白FgNpl3和FgSrp1的互作關系，表明Srk1可能通過磷酸化SR蛋白來調控mRNA的剪接和基因的轉錄。此外，Srk1蛋白還會聚集在隔膜孔的位置，但是其具體功能尚不清楚[63]。

7 其他蛋白激酶

7.1 有性生殖階段特異性蛋白激酶Puk1

Puk1（perithecium unique kinase）是一個在禾谷鐮刀菌有性生殖過程中具有階段特異性表達和功能的蛋白激酶。Wang等[8]首先在禾谷鐮刀菌中鑒定到該基因（FGSG_01058），其在釀酒酵母和裂殖酵母中均無同源基因，但在絲狀真菌中則較為保守。Liu等[64]發(fā)現，PUK1基因只在禾谷鐮刀菌有性發(fā)育后期（有性生殖誘導8 d）特異上調表達，而在分生孢子和營養(yǎng)菌絲中無表達。PUK1基因的缺失僅導致禾谷鐮刀菌在有性生殖后期出現子囊孢子畸形且不能噴發(fā)的表型缺陷，而不影響營養(yǎng)生長、分生孢子形成和植物侵染等表型[8,64]。

有趣的是，在鑒定Puk1互作蛋白的過程中，意外地發(fā)現PUK1基因的核苷酸A1831和A1834在mRNA中變?yōu)镚1831和G1834，由此在真菌中首次發(fā)現了A→I RNA編輯現象[64]。進一步研究顯示，這兩個RNA編輯位點位于PUK1激酶結構域中的兩個串聯終止密碼子UA1831GUA1834G上，且在有性生殖后期90%的PUK1轉錄本中被編輯。A→I RNA編輯后形式的PUK1基因可以完全恢復puk1突變體的表型缺陷，而非編輯形式的PUK1則不能[64]。表明A→I RNA編輯做為一種重要的表觀遺傳學機制，在禾谷鐮刀菌的有性生殖時期調控了Puk1蛋白激酶的功能。除PUK1基因外，FGSG_04770和FGSG_05406也是階段特異性蛋白激酶，二者分別只在植物侵染和分生孢子形成時期發(fā)揮功能[8]，但作用機制尚不清楚。

7.2 Kin1蛋白激酶

Kin1同源蛋白屬于微管親和調控蛋白激酶（microtubule affinity-regulating protein kinases，MARKs）家族，該激酶家族參與了細胞極化、細胞周期、細胞遷移和分化、信號傳導等過程[65]。釀酒酵母具有兩個MARK基因KIN1和KIN2，二者編碼的蛋白激酶通過磷酸化Sec9調控囊泡運輸和蛋白分泌[66]。在裂殖酵母中，Kin1參與了形態(tài)建成、雙極生長、胞質分裂和細胞壁完整性等[67]，而在新型隱球菌中Kin1是一個重要的毒力因子[68]。Luo等[69]在禾谷鐮刀菌中鑒定出FgKin1并進行了深入研究，這在植物病原真菌中尚屬首次。Fgkin1敲除突變體在致病力、無性（有性）生殖以及脅迫應答等方面均存在嚴重缺陷，另外FgKIN1基因的缺失還改變了β微管蛋白Tub1的亞細胞定位。FgKin1定位于分生孢子和菌絲的隔膜孔處，該定位模式與FgKin1的激酶活性無關。此外，該研究還發(fā)現FgKin1在有性生殖過程中的功能也不依賴于其激酶活性。

7.3 糖原合成酶激酶Fgk3

糖原合成酶激酶3（glycogen synthase kinase，GSK3）是一種獨特的蛋白激酶，具有保守的蛋白結構，在真核生物中介導了多條信號通路[70]。該激酶最早在兔子胰島素信號途徑的研究中被發(fā)現，其通過磷酸化糖原合成酶抑制其糖原合成活性。越來越多的文獻報道Gsk3可以磷酸化結構蛋白、信號蛋白和轉錄因子等多種靶蛋白，進而調控多個細胞事件[71]。在釀酒酵母中，鑒定到了4個Gsk3的 同 源 蛋 白（Mck1、Rim11、Mrk1和Ygk3），其中Mck1不但參與了脅迫應答轉錄因子Msn2的激活，也參與了細胞周期的調控。

Qin等[72]在禾谷鐮刀菌中只鑒定到1個Gsk3的同源蛋白Fgk3，發(fā)現FGK3基因的缺失會導致病原菌生長緩慢、分生孢子畸形、不能形成子囊殼、DON合成和致病力喪失等表型缺陷。fgk3突變體中糖原積累增加，表明Fgk3對糖原合成酶的活性具有抑制作用。此外，該研究還發(fā)現FGK3的轉錄水平在低溫、H2O2和SDS脅迫條件下顯著上調，而FGK3基因的缺失會導致FgGRE2、FgGPD1、FgCTT1和FgMSN2等基因無法對冷、熱和鹽脅迫產生應答[72]。因而，Fgk3可能通過調控糖原代謝、脅迫應答等參與了禾谷鐮刀菌的生長發(fā)育、DON毒素合成和植物侵染等過程。

7.4 丙酮酸脫氫酶激酶FgPdk1

丙酮酸是糖酵解的最終產物，其通過丙酮酸脫氫酶（pyruvate dehydrogenase，PDH）的脫羧作用生成重要的活性物質乙酰輔酶A。丙酮酸脫氫酶激酶（pyruvate dehydrogenase kinase，PDK）是一種重要的線粒體酶，通過磷酸化修飾選擇性抑制PDH的活性，減少乙酰輔酶A的生成，同時影響葡萄糖的氧化過程[73]。2016年，Gao等[74]在禾谷鐮刀菌中鑒定到1個PDK基因FgPDK1，發(fā)現該基因的缺失導致PDH活性增強、生長遲緩、不能產生分生孢子和子囊殼、DON合成下降以及致病力喪失等。此外，該研究還發(fā)現Fgpdk1突變體對高滲脅迫和細胞膜脅迫的敏感性增強，且細胞中出現活性氧的積累和細胞質膜的損傷。

8 展望

禾谷鐮刀菌蛋白激酶的研究相對于酵母菌起步較晚，大多數研究集中在PKA、MAPKs、Cdc2A/B、FgTor和FgPrp4等少數蛋白激酶上。迄今為止，雖然研究人員已經從禾谷鐮刀菌中鑒定到大量的蛋白激酶基因，但是多數只是停留在對敲除突變體基本表型的描述上，而缺乏作用機制的深入探究。未來應聚焦于蛋白激酶活性調控機制、底物蛋白鑒定、不同激酶間以及激酶與其他信號途徑間互作關系的研究上。此外，在禾谷鐮刀菌中還存在20個無法被敲除的蛋白激酶基因，未來可以利用基因沉默、條件性基因敲除以及基因點突變等策略明確其生物學功能。鑒于小麥赤霉病抗病材料和抗病基因的匱乏，從正向遺傳學角度挖掘小麥赤霉病抗病基因并用于育種，面臨著巨大的瓶頸。而寄主誘導的基因沉默技術是一種新興的抗病育種策略，通過靶向沉默病原菌的關鍵基因提高植物的抗病性，為小麥赤霉病的防治提供了新的思路。相信隨著研究的不斷深入，禾谷鐮刀菌蛋白激酶在生長發(fā)育和植物侵染等過程中的功能和作用機制將被進一步揭示。在此基礎上，我們可選擇在禾谷鐮刀菌生長發(fā)育和致病過程具有關鍵作用的蛋白激酶為候選靶基因，利用Gateway技術將靶基因的特異區(qū)段克隆到HIGS載體上。再通過農桿菌介導的轉基因技術將構建好的HIGS載體導入到小麥中，進而創(chuàng)制持久抗小麥赤霉病的轉基因材料。此外，這些關鍵的蛋白激酶基因亦可以作為候選靶標用于綠色殺菌劑的研發(fā)。