程怡璠，沈會(huì)權(quán)，張英虎，徐 肖，楊紅燕，汪 強(qiáng)，梁志浩，薛 松，于文青，郭愛奎

（江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 鹽城 224002）

小麥?zhǔn)鞘澜缟戏N植面積最大的糧食作物，種植面積為2.2 億hm2，年產(chǎn)量超過7 億t，為全世界25 億人口提供了約20%的能量和蛋白質(zhì)[1]。隨著氣候環(huán)境的變化，小麥的生產(chǎn)受到越來越多的非生物以及生物脅迫的影響，其中由禾谷鐮刀菌（Fusarium graminearum）等真菌引起的小麥赤霉病（Fasuriumhead blight）是威脅小麥生產(chǎn)的主要病害之一。近年來，因全球氣候變暖、輪作制度等影響，小麥赤霉病在全球小麥種植區(qū)流行發(fā)生，導(dǎo)致小麥產(chǎn)量下降，同時(shí)小麥籽粒受到赤霉病菌產(chǎn)生的真菌毒素的污染，嚴(yán)重威脅人類和牲畜的健康。我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫高濕的環(huán)境使小麥赤霉病頻發(fā)。赤霉病的抗性是淮南地區(qū)小麥品種審定的重要評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)之一：對(duì)赤霉病高感的參試品種施行一票否定制[2]。目前生產(chǎn)應(yīng)用的主栽小麥品種對(duì)赤霉病的抗性不穩(wěn)定?，F(xiàn)采用的防治措施仍以化學(xué)防治為主，雖然該防治方法快速有效，但存在過度使用化學(xué)藥劑的情況，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響和人類健康提出了很大的挑戰(zhàn)。因此，分析小麥- 赤霉病菌互作機(jī)制，發(fā)掘小麥抗性基因，解析抗性機(jī)理，并應(yīng)用于小麥抗赤霉病育種，才是解決小麥安全生產(chǎn)行之有效的辦法。

小麥赤霉病的肆虐引起了全球小麥育種家的廣泛關(guān)注，育種家們通過綜合應(yīng)用多學(xué)科技術(shù)來對(duì)抗小麥赤霉病。小麥全基因組測(cè)序的完成[3]，極大地促進(jìn)了對(duì)控制病原菌生長(zhǎng)發(fā)育的因素、與寄主抗性相關(guān)的基因或染色體區(qū)域以及更有效地改良寄主抗性新方法的研究，為所有研究人員提供了一個(gè)深入分析六倍體小麥基因的好機(jī)會(huì)，小麥赤霉病的基礎(chǔ)應(yīng)用研究、小麥- 赤霉病菌的互作研究都取得了重要進(jìn)展。本文主要對(duì)近年來小麥赤霉病菌的致病機(jī)制和小麥- 赤霉病菌互作的分子機(jī)制進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)未來小麥抗赤霉病育種方面的難點(diǎn)問題進(jìn)行討論，以期為今后的小麥抗赤霉病育種奠定基礎(chǔ)。

1 小麥赤霉病的流行特點(diǎn)和危害

小麥赤霉病是小麥最嚴(yán)重的病害之一，在全球普遍發(fā)生，被稱為小麥的“癌癥”，危及小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)，產(chǎn)生的毒素進(jìn)一步危害人畜健康，對(duì)糧食安全和食品安全影響極大。近年來，氣候變暖和耕作制度的變化導(dǎo)致小麥赤霉病在全球尤其是我國(guó)的發(fā)生范圍不斷擴(kuò)大，特別在我國(guó)最大的小麥主產(chǎn)區(qū)黃淮麥區(qū)，小麥赤霉病呈常發(fā)態(tài)勢(shì)，危害日趨嚴(yán)重[1]。

1.1 小麥赤霉病的流行特點(diǎn)

小麥赤霉病俗稱麥穗枯、爛麥頭、紅麥頭，在小麥開花期侵染小麥穗部，盛花期連續(xù)的高溫高濕可能會(huì)造成小麥赤霉病的流行[2]。小穗被赤霉病菌侵染后，連續(xù)36 h 暴露在25 ℃的環(huán)境下，其侵染的癥狀會(huì)在2 d 左右出現(xiàn)，而在18～20 ℃的條件下癥狀會(huì)在3～5 d 首次出現(xiàn)，在15 ℃以下的侵染則可以忽略不計(jì)[4]。小麥赤霉病菌主要侵染小麥的穗部和籽粒，在田間接種1 周后的小穗會(huì)首先產(chǎn)生褐色的水漬狀斑紋，后期穗部會(huì)出現(xiàn)漂白的表型，若在濕度較大的情況下，穎殼會(huì)出現(xiàn)粉紅色的真菌[1]，同時(shí)籽粒發(fā)育會(huì)受到影響，病粒會(huì)脫色、皺縮、有粉紅色真菌、灌漿不完全。

1.2 小麥赤霉病的流行地區(qū)

小麥赤霉病最早于1884 年在英國(guó)被記載[5]。Chester 等將赤霉病描述為19 世紀(jì)90 年代初影響印第安納州和俄亥俄州小麥生產(chǎn)的一種突出病害[6-7]。第1 次有記錄的大規(guī)模小麥赤霉病的暴發(fā)是在1914 年的日本[8]。在1917 年的美國(guó)，小麥赤霉病蔓延了31 個(gè)州，造成了約544 306 t 的損失[9]。20 世紀(jì)70 年代，小麥赤霉病主要發(fā)生在阿根廷、美國(guó)、巴西、中國(guó)和日本。此后，全球幾乎每年都會(huì)發(fā)生小麥赤霉病流行[1]。

歷史上，我國(guó)的小麥生產(chǎn)曾遭受赤霉病的嚴(yán)重打擊，自1950 年來，我國(guó)暴發(fā)過30 次小麥赤霉病疫情[1]，每次都有超過1/10 面積的小麥?zhǔn)艿接绊?。我?guó)經(jīng)常發(fā)生小麥赤霉病的地區(qū)是長(zhǎng)江中下游地區(qū)和黑龍江省東部。近幾年，受氣候變暖和耕作制度等影響，小麥赤霉病的發(fā)生越來越嚴(yán)重，受災(zāi)地區(qū)包括主要的小麥產(chǎn)區(qū)黃淮河流域[1]，并且已經(jīng)蔓延到了更遠(yuǎn)的北部和西部。

1.3 小麥赤霉病的危害

赤霉病嚴(yán)重威脅小麥安全生產(chǎn)，一般流行年份可引起5%～10%的產(chǎn)量損失，大流行年份可導(dǎo)致部分田塊絕收[10]。小麥赤霉病的流行除了會(huì)導(dǎo)致小麥產(chǎn)量的下降，病粒的籽粒中含有的由赤霉病菌產(chǎn)生的主要毒素——脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（Deoxynivalenol，DON），還會(huì)嚴(yán)重影響食品安全。人類或牲畜食用含有該毒素的病粒加工而成的食物，會(huì)引起嘔吐等中毒現(xiàn)象，還會(huì)造成免疫下降，甚至致畸致癌。這使得這些病粒不適合人類食用，也不適合作為牲畜飼料使用。為了保護(hù)消費(fèi)者免受DON 毒素中毒的影響，許多國(guó)家都發(fā)布了法規(guī)，規(guī)定了用于人類食品和動(dòng)物飼料的成品小麥中允許的DON 水平。我國(guó)的衛(wèi)生和標(biāo)準(zhǔn)管理部門規(guī)定，小麥中DON 含量超過1 mg/kg、小麥赤霉病病粒含量超過4%時(shí)禁止食用[10]。研究表明，赤霉病發(fā)病級(jí)別在1 級(jí)以上，籽粒中的DON 就會(huì)嚴(yán)重超標(biāo)。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可供安全食用的小麥病粒率應(yīng)低于2.58%，這比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中4%的病粒率要低很多。所以，一般認(rèn)為赤霉病發(fā)生會(huì)造成嚴(yán)重減產(chǎn)，而實(shí)際上當(dāng)病粒率達(dá)到一定比例時(shí)，收獲的小麥已經(jīng)不能作為糧食食用，這不是簡(jiǎn)單的減產(chǎn)問題，可以認(rèn)為是絕收[10]。

2 小麥赤霉病菌的致病機(jī)制

2.1 小麥赤霉病菌

多種鐮刀菌（也稱鐮孢菌）都會(huì)引起小麥赤霉病。Parry 報(bào)道在歐洲引起小麥赤霉病的鐮刀菌有17 個(gè)[11]。20 世紀(jì)50 年代，著名植病學(xué)家俞大紱先生從長(zhǎng)江流域的小麥種子上分離獲得4 個(gè)鐮刀菌的菌種，分別是禾谷鐮刀菌（Fusarium graminearum）、黃色鐮刀菌（Fusarium culmorum）、串珠鐮刀菌（Fusarium moniliforme） 和燕麥鐮刀菌（Fusarium avenaceum）[12]。20 世紀(jì)80 年代，我國(guó)小麥赤霉病攻關(guān)協(xié)作組對(duì)22 個(gè)省市的致病鐮刀菌樣本進(jìn)行了形態(tài)學(xué)鑒定，共鑒定出27 個(gè)包括變種的鐮刀菌[13]。地域不同，所存在的鐮刀菌的種類不同，我國(guó)普遍認(rèn)為禾谷鐮刀菌是引起小麥赤霉病的主要致病種[12]。但2004 年國(guó)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)生物學(xué)分類劃分為一個(gè)種的禾谷鐮刀菌其實(shí)是一個(gè)進(jìn)化的族群，這個(gè)族群有清晰的系統(tǒng)發(fā)育生物學(xué)“種”的界限，且具有明顯的地理分布[14]，被分為了9 個(gè)種（部分見表1）[15]，其中過去提到的禾谷鐮刀菌現(xiàn)在只是作為其中一個(gè)廣泛分布的種名。有研究表明，在亞洲流行的亞洲鐮刀菌是引起我國(guó)麥類作物赤霉病的優(yōu)勢(shì)種群[15-16]。

表1 部分?。ㄖ陛犑校╃牭毒N的分布與檢測(cè)[15]

2.2 小麥赤霉病菌的致病機(jī)制

小麥赤霉病菌在玉米、麥類作物等收獲后的秸稈上以子囊殼形式越冬和越夏，次年小麥揚(yáng)花期時(shí)，在高溫、高濕環(huán)境下釋放大量的子囊孢子，初步侵染小麥的穗部組織，其中菌源量、環(huán)境濕度、環(huán)境溫度與發(fā)病程度密切相關(guān)[17]。禾谷鐮刀菌為半活體寄生型病原菌[18]，在其侵染植物的早期需要活體組織，即為活體營(yíng)養(yǎng)階段，隨后切換到腐生營(yíng)養(yǎng)階段，而從活體寄生到腐生轉(zhuǎn)換的時(shí)間點(diǎn)，大概是在侵染后的48 h[19]。

在大田條件下，空氣傳播的孢子落在開花的小穗上引起小麥赤霉病，開花的小穗為鐮刀菌提供了接觸主要穿透部位的機(jī)會(huì)。只有在開放的小花中鐮刀菌才能接觸到發(fā)育中的穎果以及內(nèi)稃和外稃的正面，而這些部位更容易受到鐮刀菌的侵染[20]。大多數(shù)鐮刀菌會(huì)通過氣孔等自然的開口，或者較短的侵染菌絲穿透小麥的細(xì)胞壁進(jìn)入小麥的外殼[21]，但也有可能在小麥穎片上進(jìn)行初步侵染[22]。Kang 等研究認(rèn)為，禾谷鐮刀菌以直接侵入的方式穿透表皮細(xì)胞進(jìn)入寄主組織內(nèi)[23]。蘇培森等通過掃描電子顯微鏡在抗病和感病品種的穎殼和葉片中分析禾谷鐮刀菌的侵染模式，發(fā)現(xiàn)在接種12 h 后感病品種的穎殼表面已經(jīng)形成菌絲[24]。Pritsch 等認(rèn)為，鐮刀菌是在氣孔開口處對(duì)小麥進(jìn)行侵染，他們?cè)谛←滈_花期使用噴霧接種赤霉病菌后，將感病材料Wheaton 和抗病材料蘇麥3 號(hào)取穎片樣本在掃描電子顯微鏡（SEM）和光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)穎片背面在接種后6～12 h 萌發(fā)禾谷鐮刀菌的大分生孢子；在12～24 h 就已經(jīng)很明顯地看到菌絲，且初生菌絲均勻細(xì)長(zhǎng)，最初不分支，頻繁地接觸氣孔，由此Pritsch 等認(rèn)為禾谷鐮刀菌穿透事件可能通過這些氣孔等開口發(fā)生；在48～76 h，加厚的分支菌絲呈珊瑚狀結(jié)構(gòu)，主要沿著氣孔進(jìn)行發(fā)育[25]。Pritsch 等在同一時(shí)間間隔（48～76 h）取樣的穎片中，用掃描電鏡在角質(zhì)層下觀察到類似的加厚菌絲，同時(shí)可以看見在穎片表面分生孢子梗發(fā)育中的大分生孢子，表明禾谷鐮刀菌在這些組織上很快完成了一個(gè)無性循環(huán)[25]。

DON 是真核生物蛋白質(zhì)合成的抑制劑，也是植物重要的毒力因子，它的產(chǎn)生使得鐮刀菌能夠從受感染的小花傳播到小麥穗軸[26]。Tri5基因是DON 毒素生物合成所必需的，是DON 生物合成第一步的關(guān)鍵酶，在感染的早期階段，它在侵染墊中表達(dá)[22]。有研究表明，Tri5缺失突變體限制了鐮刀菌對(duì)相鄰小花的感染[18]，使得癥狀僅發(fā)生在接種的小穗處。這表明DON 在最初的侵染過程中不是必需的，但對(duì)病原菌在穗部的擴(kuò)展卻非常重要。

鐮刀菌毒素DON 同時(shí)會(huì)誘導(dǎo)小麥產(chǎn)生過氧化氫（H2O2）、細(xì)胞程序性死亡和防御反應(yīng)[27]。在鐮刀菌侵染小麥時(shí)，活性氧（reactive oxygen species，ROS）可以使得細(xì)胞程序性死亡，利于鐮刀菌在死體營(yíng)養(yǎng)階段的繁殖，同時(shí)會(huì)使小麥的防御反應(yīng)啟動(dòng)。DON 在毒素體結(jié)構(gòu)中合成，然而，關(guān)于毒素體形成的機(jī)理和毒素體的成分尚未完全揭示。Tang 等研究確定了毒素體2 個(gè)新的組分，即肌動(dòng)蛋白戴帽蛋白（CAPs）FgCapA 和FgCapB，這2 個(gè)CAPs 在禾谷鐮刀菌中形成異源二聚體，并且能夠與FgMyo1和Tri1互作，肌動(dòng)蛋白CAPs 與毒素體的形成有關(guān)，對(duì)禾谷鐮刀菌的生長(zhǎng)發(fā)育和毒力起關(guān)鍵作用[28]。

3 小麥赤霉病的抗性基因

3.1 小麥赤霉病抗性數(shù)量性狀基因座/基因定位

大量研究證明，小麥赤霉病的抗性是數(shù)量性狀，由多基因控制[10]。目前，研究者們已通過連鎖作圖和關(guān)聯(lián)作圖檢測(cè)到432 個(gè)數(shù)量性狀基因座（quantitative trait locus，QTL），分布在小麥的所有染色體上[1]。Ma等根據(jù)現(xiàn)有的標(biāo)記信息確定，除了24 個(gè)QTL 不能定位到特定染色體區(qū)域、10 個(gè)定位到外源染色體外，其余的QTL 定位到了44 個(gè)染色體區(qū)域，但大多數(shù)QTL 仍需要驗(yàn)證[1]。隨著抗源鑒定規(guī)模不斷擴(kuò)大，且小麥赤霉病的抗性遺傳結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，更多抗性QTL 有待被發(fā)現(xiàn)，許多基因都可以賦予小麥赤霉病抗性，但可能作用較小。

目前在所有小麥染色體上均有赤霉病抗性QTL被定位，已命名的小麥抗赤霉病的基因只有7 個(gè)，即Fhb1—Fhb7（表2）。除報(bào)道的已克隆的基因Fhb1和Fhb7外，其他基因已被定位在染色體上。小麥基因組的完善、蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)及生物信息學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用，為鑒定候選基因和克隆基因提供了機(jī)遇。

表2 文獻(xiàn)正式命名的小麥抗赤霉病基因

3.2 小麥赤霉病抗性基因克隆和分子機(jī)制

位于小麥3B 染色體短臂的Fhb1一直是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)抗性最穩(wěn)定、效應(yīng)最大的主效QTL，在蘇麥3 號(hào)、望水白、寧7840 等抗源品種中廣泛存在，在育種上也得到一定的應(yīng)用[10]。已報(bào)道的Fhb1候選基因有2個(gè)。首先是Rawat 等在2016 年報(bào)道了Fhb1基因克隆的結(jié)果，通過突變分析、基因沉默和轉(zhuǎn)基因過表達(dá)試驗(yàn)，認(rèn)為Fhb1區(qū)域的PFT（pore-forming toxin-like）基因具有赤霉病抗性，可能是Fhb1基因的候選基因[29]。PFT基因編碼1 種具有2 個(gè)凝集素結(jié)構(gòu)域和1個(gè)ETX/MTX2（產(chǎn)氣莢膜梭菌ε毒素/球形芽孢桿菌滅蚊毒素）毒素結(jié)構(gòu)域的嵌合凝集素。植物凝集素是一組不同來源的異質(zhì)蛋白質(zhì)，可與碳水化合物可逆結(jié)合，在植物防御昆蟲、線蟲、細(xì)菌、真菌和病毒中發(fā)揮作用，且ETX/MTX2 蛋白被證明是強(qiáng)有力的細(xì)菌毒素，在宿主的細(xì)胞膜上形成通道，導(dǎo)致其死亡。對(duì)PFT 蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)的模擬表明，它可能參與真菌特異性碳水化合物的識(shí)別，并對(duì)真菌產(chǎn)生毒性。Rewat等采用定向誘導(dǎo)基因組局部突變技術(shù)（Targeting Induced Local Lesions In Genomes，TILLING）、RNAi誘導(dǎo)的基因沉默技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)驗(yàn)證PFT功能，認(rèn)為小麥中的一種蛋白質(zhì)（Hfr2）與PFT 蛋白相似，這種蛋白可增加寄主的膜通透性，如果預(yù)測(cè)的PFT蛋白與抗真菌凝集素和ETX/MTX2 蛋白具有相似的功能，則PFT可能通過與真菌壁相互作用來阻止真菌生長(zhǎng)[29]。

2019 年，分別有2 個(gè)團(tuán)隊(duì)同時(shí)報(bào)道了Fhb1的另一個(gè)候選基因HRC/His。Su 等證明了一個(gè)編碼組氨酸鈣結(jié)合蛋白（Histidine-rich calcium-binding protein）的TaHRC是Fhb1介導(dǎo)的對(duì)小麥赤霉病抗性的關(guān)鍵決定因素[30]。該研究通過在近等基因系和重組自交系中進(jìn)行驗(yàn)證，認(rèn)為HRC為Fhb1的候選基因并繼續(xù)研究其功能。該研究在序列比對(duì)中發(fā)現(xiàn)，TaHRC-R與TaHRC-S相比，TaHRC-R在相應(yīng)的第二內(nèi)含子和第三外顯子處有較大的缺失，去除了保守的剪接受體位點(diǎn)（AG）、翻譯起始密碼子（ATG）和ORF 中額外的22 bp 下游序列，并使用RNAi、CRISPR-Cas9（clustered regularly interspaced palindromic repeats-CRISPR-associated proteins system，常間回文重復(fù)序列叢集- 常間回文重復(fù)序列叢集關(guān)聯(lián)蛋白）敲除、單倍型分析、關(guān)聯(lián)分析、亞細(xì)胞定位等方法驗(yàn)證其功能，認(rèn)為Fhb1是一個(gè)感病基因，TaHRC基因編碼一種賦予赤霉病感病性的核蛋白，部分序列的缺失導(dǎo)致小麥易感性降低，間接提高了抗病性。對(duì)該基因的進(jìn)化和單倍型的分析進(jìn)一步表明，TaHRC-R等位基因具有單一起源，最有可能起源于攜帶大紅袍單倍型的品系。與此同時(shí)，Li 等也認(rèn)為His（TaHRC）即為Fhb1[31]。2 個(gè)團(tuán)隊(duì)的研究都對(duì)導(dǎo)致Fhb1抗性的候選基因達(dá)成一致，但他們對(duì)致病等位基因的結(jié)論卻截然不同。Li 等認(rèn)為His基因中的部分序列缺失產(chǎn)生了新的基因變體，這個(gè)新等位變異是功能獲得性突變，造成了小麥對(duì)赤霉病的抗性，將His序列轉(zhuǎn)化到小麥和擬南芥中進(jìn)行功能驗(yàn)證，表現(xiàn)出了對(duì)禾谷鐮刀菌抗性增強(qiáng)[31]。研究表明，該基因的同源基因在植物中的翻譯產(chǎn)物具有很好的保守性，可能是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的[31]。這2 個(gè)團(tuán)隊(duì)在對(duì)Fhb1的抗性候選基因上達(dá)成了一致，但對(duì)于其致病等位基因的結(jié)論不同，也都沒有對(duì)其機(jī)制進(jìn)行解析。有專家評(píng)論認(rèn)為，可能是由基因的顯性負(fù)效應(yīng)（dominant-negative effect）引起，或者可能與Pm21類似，由基因簇共同起作用[39]。

第2 個(gè)被克隆的小麥赤霉病抗性基因是Fhb7。2020 年Wang 等成功克隆了來源于長(zhǎng)穗偃麥草的抗赤霉病主效基因Fhb7，揭示了其抗病分子機(jī)理和遺傳機(jī)理，并成功應(yīng)用于小麥[38]。該團(tuán)隊(duì)首先進(jìn)行了小麥近源物種長(zhǎng)穗偃麥草的基因組組裝，基于組裝的參考基因組信息和之前研究的結(jié)果進(jìn)行了抗赤霉病主效基因Fhb7的精細(xì)定位。通過構(gòu)建抗病親本的物理圖譜獲得了候選基因，使用表達(dá)特征、突變體驗(yàn)證、VIGS 基因沉默和轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證功能后確定其就是Fhb7。Fhb7是一種谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（gluthanione S-transferase，GST），GST 可以打開DON毒素的環(huán)氧基團(tuán)，并催化其形成谷胱甘肽化合物，產(chǎn)生解毒效應(yīng)，從而賦予小麥對(duì)赤霉病的抗性。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為Fhb7是由內(nèi)生真菌基因水平轉(zhuǎn)移獲得，F(xiàn)hb7對(duì)單端孢霉烯家族具有解毒的功能，并在不同的抗病與感病材料中進(jìn)行了葉片、穎殼及穗部的抗性比較，驗(yàn)證了Fhb7的功能。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)hb7具有廣譜抗性，包括鐮刀菌種屬禾谷鐮刀菌、亞洲鐮刀菌以及小麥莖基腐病害。該團(tuán)隊(duì)在育種利用方面，創(chuàng)制了小麥- 長(zhǎng)穗偃麥草抗赤霉病的易位系，該易位系農(nóng)藝性狀優(yōu)良，后創(chuàng)制出更短片段的易位系，并應(yīng)用于后續(xù)育種工作。

4 小麥-赤霉病菌互作的分子機(jī)制

過去幾年，在禾谷鐮刀菌中發(fā)現(xiàn)了許多與鐮刀菌侵染小麥過程有關(guān)的重要基因，包括一些效應(yīng)因子基因，但鑒定出的禾谷鐮孢菌分泌產(chǎn)生的、直接作用于寄主植物細(xì)胞并導(dǎo)致病害發(fā)生的毒力分子仍然很少。其中FGL1編碼一種分泌型脂肪酶，在侵染小麥穗部的過程中，可以釋放游離脂肪酸來抑制與先天免疫相關(guān)的胼胝質(zhì)的形成，突變的FGL1鐮刀菌菌株對(duì)小麥和玉米的致病力降低[40]。此外，F(xiàn)gNahG編碼一種分泌型水楊酸羥化酶，可以將水楊酸轉(zhuǎn)化為鄰苯二酚。FgNahG缺失突變體菌株的毒力降低，重新將FgNahG導(dǎo)入缺失突變體菌株導(dǎo)致該菌株恢復(fù)了野生型的表型[41]。2019 年Jia 等鑒定出了一種非核糖體八肽，認(rèn)為它是禾谷鐮刀菌侵染小麥芽鞘所必需的毒力因子[42]。該研究發(fā)現(xiàn)，植物病原真菌禾谷鐮刀菌在侵染小麥期間，特異誘導(dǎo)次生代謝基因簇fg3_54 表達(dá)，合成一個(gè)以前未知的線性非核糖體八肽- 鐮孢菌素A（fusaoctaxin A），賦予鐮刀菌菌絲在小麥組織內(nèi)從一個(gè)細(xì)胞穿壁入侵到旁鄰細(xì)胞并擴(kuò)展的能力[42]。

Jiang 等的研究從另一個(gè)角度揭示了小麥與赤霉病菌間的互作分子機(jī)制[43]。該研究從50 個(gè)禾谷鐮刀菌孤兒分泌蛋白（orphan secreted protein，OSP）中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)重要毒力因子Osp24；盡管Osp24 對(duì)禾谷鐮刀菌的生長(zhǎng)和初始穿透力是沒有影響的，但它在禾谷鐮刀菌侵染小麥穗軸組織的過程中起著至關(guān)重要的作用；Osp24 在小麥赤霉病發(fā)病過程中特異性表達(dá)，其短暫表達(dá)可抑制細(xì)胞死亡；經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，Osp24 被轉(zhuǎn)運(yùn)到植物細(xì)胞中，其中8 個(gè)半胱氨酸基團(tuán)中的2 個(gè)是其功能所必需的。試驗(yàn)篩選到小麥SNF1（Sucrose non fermenting1，蔗糖非發(fā)酵相關(guān)蛋白1）激酶TaSnRK1α 和Osp24 互作，并證明在TaSnRK1α過表達(dá)或沉默的轉(zhuǎn)基因植物中，Osp24 對(duì)小麥赤霉病抗性有著重要的作用。Osp24 通過促進(jìn)TaSnRK1α與泛素-26S 蛋白酶體的關(guān)聯(lián)，加速TaSnRK1α的降解。實(shí)驗(yàn)同時(shí)證明，TaSnRK1α還與TaFROG互作，其中TaFROG是一種由DON 誘導(dǎo)的小麥孤兒蛋白。在機(jī)制解析中，TaFROG與Osp24 競(jìng)爭(zhēng)與TaSnRKα在同一區(qū)域結(jié)合，如果TaFROG與TaSnRKα結(jié)合，則保護(hù)了TaSnRKα不被降解。TaFROG的過表達(dá)穩(wěn)定了TaSnRK1α，并增加了小麥赤霉病抗性。綜上所述，Osp24 通過與TaFROG競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合TaSnRK1α而發(fā)揮細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)蛋白的功能，證明了宿主和病原真菌的孤兒蛋白在相互作用過程中的反作用。

Wang 等克隆了長(zhǎng)穗偃麥草中的抗赤霉病基因Fhb7。該團(tuán)隊(duì)通過基因克隆、寄主基因組測(cè)序及比對(duì)發(fā)現(xiàn)，二倍體長(zhǎng)穗偃麥草早期可能與（香柱真菌屬） 形成共生體，通過基因水平轉(zhuǎn)移將中Fhb7的DNA 整合到長(zhǎng)穗偃麥草基因組中，從而進(jìn)化出抗鐮刀菌屬病原菌侵染的功能。該發(fā)現(xiàn)首次提供了真核生物間核基因組DNA 水平轉(zhuǎn)移的功能性證據(jù)[38]。盡管上述研究對(duì)小麥和赤霉病菌的互作進(jìn)行了解析，但小麥和真菌互作之間的復(fù)雜性仍需進(jìn)一步探索。

5 展望

小麥?zhǔn)钱愒戳扼w，本身基因組龐大且復(fù)雜，同時(shí)小麥赤霉病的抗性是數(shù)量性狀，由多基因控制，且環(huán)境因素影響巨大，小麥與真菌互作同樣具有復(fù)雜性，這些因素造成了研究者對(duì)小麥抗赤霉病機(jī)制的了解還十分有限。現(xiàn)在田間生產(chǎn)上小麥赤霉病的防治以化控為主，但實(shí)踐表明，化學(xué)防治會(huì)使赤霉病菌產(chǎn)生抗藥性。此外，也有關(guān)于小麥赤霉病菌拮抗菌株的研究[44]，盡管生物防治是更為環(huán)保的一種方法，但現(xiàn)在生物防治還未應(yīng)用于生產(chǎn)。因此，選育抗赤霉病的品種仍是最綠色環(huán)保且有效的抗赤霉病措施。目前的栽培小麥只有極少數(shù)品種對(duì)赤霉病的抗性為高抗，研究小麥和赤霉病菌的互作機(jī)制顯得尤為重要。盡管小麥抗赤霉病基因的研究在近年來有所突破，但其機(jī)制有待進(jìn)一步研究，未來小麥和赤霉病菌互作的研究將是工作的重點(diǎn)。

小麥中命名的抗赤霉病基因只有7 個(gè)，近年來小麥抗赤霉病基因Fhb1和Fhb7的相繼克隆，給小麥赤霉病育種家們提供了很好的參考，但小麥赤霉病的抗性機(jī)制及赤霉病菌與小麥互作等問題仍需進(jìn)一步探討。Jiang 等通過在禾谷鐮刀菌中尋找孤兒蛋白Osp24，以與小麥SNF1 相關(guān)激酶TaSnRK1α互作來探究小麥和赤霉病菌之間的關(guān)系，在機(jī)制研究上為研究者提供了新的互作關(guān)鍵途徑和研究思路[43]。Fhb1候選基因已經(jīng)克隆，也進(jìn)行了相應(yīng)的功能驗(yàn)證，但抗病機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。來自于長(zhǎng)穗偃麥草的抗赤霉病基因Fhb7是通過基因水平轉(zhuǎn)移的天然“轉(zhuǎn)基因”方式進(jìn)入宿主，同樣給學(xué)者提供了新的思路來研究小麥與真菌之間復(fù)雜的互作關(guān)系。研究小麥- 赤霉病菌的互作在小麥抗赤霉病育種工作中至關(guān)重要，通過在育種工作中應(yīng)用該互作機(jī)制中的相關(guān)基因和蛋白，有利于培育出對(duì)赤霉病具有穩(wěn)定抗性且豐產(chǎn)高質(zhì)的小麥品種。