大丽轮枝菌致病机理及相关致病基因研究进展

2024年2月14日发(作者：耳朵英文怎么读)

大丽轮枝菌致病机理及相关致病基因研究进展

作者：金利容 黄薇 杨妮娜 尹海辰 万鹏

来源：《安徽农业科学》2021年第10期

摘要 大丽轮枝菌是农作物上为害最严重的土传病原物之一，对于该病原物引起的病害目前仍缺乏有效的防控手段，而明确其致病机理被认为是开发新型药剂和防治技术的理论基础。综述了大丽轮枝菌的侵染过程、植物细胞壁的降解、微菌核和黑色素的形成等一些重要的生理过程相关的致病基因，并总结了转录调控基因、毒力蛋白基因、效应因子、无毒基因和激发子等多方面致病相关基因的研究结果，最后概述了筛选致病基因和研究基因功能的方法。

关键词 大丽轮枝菌;致病机理;致病基因

中图分类号 S435.621.2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2021）10-0015-05

doi：10.3969/.0517-6611.2021.10.005

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Rearch Progress on the Pathogenesis and Pathogenic Related Genes of Verticillium dahliae

JIN Li-rong， HUANG Wei， YANG Ni-na et al

（Key Laboratory of Integrated Management of Crop Pests in Central China， Ministry of

Agriculture and Rural Affairs， Institute of Plant Protection， Soil and Fertilizer， Hubei Academy

of Agricultural Sciences，Wuhan，Hubei 430064）

Abstract Verticillium dahliae was one of the most destructive soil-borne pathogens in crop plants.

There was no effective method to control the dias caud by V. dahliae. The studies on its

pathogenic mechanism were thought as the theoretical basis to develop new pesticides and control

techniques. This article reviewed some pathogenic genes related with some important physiological

process such as the process of infection， the degradation of plant cell walls and the formation of

microsclerotia and melanin. The rearch results of multiple pathogenic genes such as transcriptional

regulatory genes， virulence protein genes， effector genes， avirulence genes and elicitors were

summarized. The strategies of screening the pathogenic genes and rearching the functions of the

genes were summarized.

Key words Verticillium dahliae;Pathogenesis;Pathogenic genes

大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）隶属半知菌类丝孢纲丝孢目丛梗孢科轮枝菌属。大丽轮枝菌是一种通过土壤传播的植物病原真菌，病原菌能够定殖在植物维管束内，引起植物的萎蔫症状。大丽轮枝菌在世界范围内均有分布，且寄主范围广泛，可侵染660多种植物，包括经济作物（如棉花、茄子、番茄、西瓜等）及粮食作物（如马铃薯等），对农作物的生产可造成严重的经济损失。大丽轮枝菌侵染寄主后会引起萎蔫症状，俗称黄萎病。大丽轮枝菌引起的病害较难控制的一个重要原因在于其能够形成微菌核的休眠结构，微菌核可以在土壤中长期存活，且其抵御外界逆境的能力强。因此，科学家试图通过研究病原菌致病的分子机制和信号通路，寻找病害防治的新策略。随着研究的不断深入，近几年大量文献报道了大丽轮枝菌致病的相关基因，试图阐述其致病的分子机理。随着高通量测序技术的发展，2008年美国Broad研究所完成了从莴苣中分离出来的大丽轮枝菌VdLs.17菌株的全基因组测序工作，整个基因组大小为33.8 Mb，编码10 535个蛋白。测序工作为致病相关基因的研究提供了更好的平台。

笔者对国内外关于大丽轮枝菌的致病机理及相关致病基因的研究进行了综述，以期为更好地防治此类病害提供理论依据。

1 大丽轮枝菌的致病基因

1.1 大丽轮枝菌侵染过程相关的致病基因

研究者们利用荧光蛋白标记技术对大丽轮枝菌菌株进行标记，并观察和记

录大丽轮枝菌对寄主植物的侵染过程。以棉花和拟南芥为研究对象，当大丽轮枝菌接种到寄主植物的根部，2～ 6 h后分生孢子吸附在根的表面，并随机分布在寄主的主根或侧根;12 h后，部分分生孢子萌发，形成芽管和菌丝;2 d后，大量菌絲包裹在根部表面并进入根部组织，在根部组织内纵向和横向扩展;5 d后，菌丝在纵向延伸时快速增殖，同时菌丝向维管组织中扩展，并在木质部中形成一个菌丝网[1]。10 d后，菌丝沿木质部导管向上延伸到地上组织，并到达侧枝部分;12 d后，菌丝向根尖区域延伸，导致根冠塌陷;14 d后，根部菌丝减少，地上部分开始出现萎蔫症状[2]。

整个侵染过程涉及复杂的分子调控机制。在侵染的初始阶段，与稻瘟病菌一样，大丽轮枝菌也会形成附着枝和侵染钉。其中，2个基因VdNoxB和VdPls1被证实在侵染钉的形成过程发挥重要作用，VdNoxB编码一个膜结合型NADPH氧化酶的催化亚基，VdPls1编码一个四跨膜蛋白，它们形成复合物，共同定位于附着枝基部。复合物VdNoxB/VdPls1通过介导活性氧的产生来提高细胞内的钙离子含量，进而激活转录因子Crz1介导的信号途徑，最终促进侵染钉的形成[3]。当2个基因分别缺失时，侵染钉便不能形成，导致菌株的致病力下降。侵染钉衍生形成的菌丝颈将附着枝和侵染菌丝分离开，形成一个病原菌-寄主侵染界面，分泌的蛋白（如毒力蛋白、效应蛋白）以及一些信号分子通过囊泡运输和胞吐作用被输送到这个侵染界面，形成蛋白环。大丽轮枝菌的VdSep5基因、囊泡转运因子VdSec22和VdSyn8以及胞外亚基VdExo70参与分泌蛋白向侵染界面的传送过程，这些基因的缺失均能够阻碍分泌蛋白向侵

染界面的传输，导致菌株毒力的下降。在菌株对根部的感染过程中，菌丝颈是一个重要的蛋白分泌部位，分泌的蛋白通过抑制和逃避寄主植物的防御反应，实现对寄主的成功感染[4]。

1.2 细胞壁降解酶基因

真菌侵入宿主植物后会分泌出一些胞外活性蛋白酶，比如细胞壁降解酶（CWDE），细胞壁降解酶通过降解寄主的细胞壁突破寄主表面的物理屏障，为侵染做准备。CWDE可分为果胶酶、角质酶、纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、内葡聚糖酶、蛋白酶等，与其他真菌相比，大丽轮枝菌编码更多数量和种类的碳水化合物降解酶基因[5]，这能够解释大丽轮枝菌在接种后能够在较短时间内扫除植物体内一些果胶物质的障碍，进而完成在木质部导管内的定殖和扩散，同时不同的水解酶能够降解不同寄主植物的细胞壁组织，也是大丽轮枝菌具有广泛寄主的原因之一。大丽轮枝菌编码最多的水解酶类是多糖裂解酶，可以水解不同种类的果胶，这些多糖裂解酶包括PL1家族、PL3家族和PL9家族中的果胶酶以及PL4家族和PL11家族的鼠李糖苷裂解酶等。大丽轮枝菌中含有丰富的果胶酶，果胶酶可以水解寄主植物所产生的果胶，其降解产物还可以作为重要的营养物质为病原菌的生长发育提供能量[6]。利用生物信息学预测到大丽轮枝菌分泌组中存在大量的果胶酶[7]，包括14个PL1家族的果胶裂解酶和10个GH28家族的果胶水解酶，大丽轮枝菌分泌的果胶酶与其致病力相关，强致病力菌株分泌的果胶酶较多，而弱致病力菌株分泌的果胶酶则较少甚至不分泌。同时，不同果胶酶对病原菌致病力的影响存在较大差异，有些果胶酶基因的缺失能够引起菌株致病力的下降，而有些果胶酶基因的缺失对致病力并没有影响。果胶酶基因VdPEL1[8]和角质酶基因VdCUT11[9]都能够诱导细胞死亡和植物的防御反应，2个基因的缺失均能够导致菌株Vd991在棉花寄主上的毒力显著降低。内切葡聚糖酶能够降解植物的纤维素，内切葡聚糖酶基因VdEg-1对于早期的侵染定殖至关重要，该基因的缺失导致病原菌在莴苣上不能很好地定殖[10]。特异分泌蛋白VdSSP1是一种重要的细胞壁降解酶，研究证实VdSSP1的缺失能够降低其对果胶和淀粉的利用率以及对棉花的致病力[11]。蔗糖非发酵蛋白激酶VdSNF1（sucro non-fermenting protein kina 1，SNF1）是细胞壁水解酶上游的一个负调控基因，主要参与糖类信号和真菌发育信号的传递。该基因的缺失导致病原菌对果胶和半乳糖的利用能力受到严重影响，且可以引起番茄寄主的致病力下降达到87%，在寄主植物维管束内不能成功定殖[12]。几丁质酶基因（VdECH）编码的蛋白能够引起植物的超敏反应和防御反应以及一些信号转导和抗性相关基因的表达上调[13]。

细胞壁降解酶大部分是多基因家族或没有同源关系的基因编码的多肽，除了包含一些关键基因，也包含一些功能重复的基因，多个基因之间相互调控，共同参与了真菌生物学毒性的产生过程，因此在缺失功能上冗余的其中一个基因后并不会产生致病力的变化，但一些关键基因的缺失还是会导致毒力的显著下降或丧失。总体而言，细胞壁降解酶的种类非常丰富，且一些细胞壁降解酶在大丽轮枝菌致病过程中发挥着重要的作用。

1.3 微菌核和黑色素形成相关的致病基因

大丽轮枝菌具有微菌核的休眠结构，微菌核能够在土壤中存活数10年甚至20年以上。微菌核多呈椭圆形，具有瘤状凸起，由单根或数根菌丝经分隔膨大、孢壁增厚，膨大的菌丝芽殖成堆形成微菌核，微菌核中黑色素的形成有利于其抵抗不良环境。微菌核是自然界最初的侵染源，当外界自然环境适宜时植物的根系分泌物会诱导微菌核萌发形成菌丝，菌丝附着在寄主植物的根部，并可以从根部表皮破裂处侵入植物体内。大量研究表明，大丽轮枝菌微菌核的形成与致病力呈正相关。

丝状真菌会分泌包含8个半胱氨酸残基保守结构域（约100个氨基酸）的小分子量蛋白质，由于其疏水性能被称为疏水蛋白。疏水蛋白在真菌于植物表面的附着、侵染结构的形成和有性生殖等很多方面都发挥着重要功能。VDH1是大丽轮枝菌的疏水蛋白同源基因，VDH1基因的敲除突变株产微菌核的能力显著下降，分生孢子耐干燥环境的能力降低，但致病性并没有明显变化。相对于菌丝融合阶段和分生孢子形成阶段，VDH1在微菌核形成阶段的表达量更高[14]。这表明VDH1基因参与微菌核的形成，与大丽轮枝菌的长期存活有关。

烟曲霉中Aayg1基因是与黑色素合成相关的基因，大丽轮枝菌中的同源基因Vayg1的缺失突变体中黑色素的产生和微菌核的形成均受到抑制[15]，致病力下降。缺失突变体中与黑色素生物合成相关的一些基因的表达下调，但疏水蛋白基因VDH1的表达并没有发生改变。

谷氨酸富集蛋白的编码基因（VdGARP1）突变体微菌核的产生受到显著抑制，产孢能力和生长速度降低，致病力下降。但在极其贫瘠的营养环境下，其突变体也能够形成微菌核，说明VdGARP1不是微菌核形成所必需的，推测VdGARP1在微菌核的初始形成阶段发挥重要的作用[16]。Rauyaree等[17]从大丽轮枝菌中克隆到VMK1，该基因编码一个促分裂原蛋白激酶（MAPK），研究表明该基因影响微菌核的形成。转录因子VdCmr1 和聚酮合酶基因VdPKS1均参与大丽轮枝菌的黑色素合成途径，VdCmr1可以调节一些黑色素合成相关基因的表达，以增强大丽轮枝菌对紫外线或高温等一些非生物威胁的耐受性[18]，聚酮合酶基因PKS1在很多真菌中参与二羟基萘黑色素合成途径，大丽轮枝菌的同源基因VdPKS1的缺失会影响乙烯合成、黑色素形成和致病性等相关基因的表达，其突变株可以产生微菌核但黑色素形成受阻，菌株的致病力降低[19]。致病力相关基因VdPR3的缺失突变体菌丝生长速度和产孢能力下降，微菌核的产生受到抑制，纤维素酶和淀粉酶的活性降低，VdPR3是一个多功能基因，参与了菌丝的生长发育、菌株的致病性和胞外酶活性等多方面的生物学功能[20]。

整个侵染过程涉及复杂的分子调控机制。在侵染的初始阶段，与稻瘟病菌一样，大丽轮枝菌也会形成附着枝和侵染钉。其中，2个基因VdNoxB和VdPls1被证实在侵染钉的形成过程发挥重要作用，VdNoxB编码一个膜结合型NADPH氧化酶的催化亚基，VdPls1编码一个四跨膜蛋白，它们形成复合物，共同定位于附着枝基部。复合物VdNoxB/VdPls1通过介导活性氧的产生来提高细胞内的钙离子含量，进而激活转录因子Crz1介导的信号途径，最终促进侵染钉的形成[3]。当2个基因分别缺失时，侵染钉便不能形成，导致菌株的致病力下降。侵染钉衍生形成的菌丝颈将附着枝和侵染菌丝分离开，形成一个病原菌-寄主侵染界面，分泌的蛋白

（如毒力蛋白、效应蛋白）以及一些信号分子通过囊泡运输和胞吐作用被输送到这个侵染界面，形成蛋白环。大丽轮枝菌的VdSep5基因、囊泡转运因子VdSec22和VdSyn8以及胞外亚基VdExo70参与分泌蛋白向侵染界面的传送过程，这些基因的缺失均能够阻碍分泌蛋白向侵染界面的传输，导致菌株毒力的下降。在菌株对根部的感染过程中，菌丝颈是一个重要的蛋白分泌部位，分泌的蛋白通过抑制和逃避寄主植物的防御反应，实现对寄主的成功感染[4]。

1.2 细胞壁降解酶基因

真菌侵入宿主植物后会分泌出一些胞外活性蛋白酶，比如细胞壁降解酶（CWDE），细胞壁降解酶通过降解寄主的细胞壁突破寄主表面的物理屏障，为侵染做准备。CWDE可分为果胶酶、角质酶、纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、内葡聚糖酶、蛋白酶等，与其他真菌相比，大丽轮枝菌编码更多数量和种类的碳水化合物降解酶基因[5]，这能够解释大丽轮枝菌在接种后能够在较短时间内扫除植物体内一些果胶物质的障碍，进而完成在木质部导管内的定殖和扩散，同时不同的水解酶能够降解不同寄主植物的细胞壁组织，也是大丽轮枝菌具有广泛寄主的原因之一。大丽轮枝菌编码最多的水解酶类是多糖裂解酶，可以水解不同种类的果胶，这些多糖裂解酶包括PL1家族、PL3家族和PL9家族中的果胶酶以及PL4家族和PL11家族的鼠李糖苷裂解酶等。大丽轮枝菌中含有丰富的果胶酶，果胶酶可以水解寄主植物所产生的果胶，其降解产物还可以作为重要的营养物质为病原菌的生长发育提供能量[6]。利用生物信息学预测到大丽轮枝菌分泌组中存在大量的果胶酶[7]，包括14个PL1家族的果胶裂解酶和10个GH28家族的果胶水解酶，大丽轮枝菌分泌的果胶酶与其致病力相关，强致病力菌株分泌的果胶酶较多，而弱致病力菌株分泌的果胶酶则较少甚至不分泌。同时，不同果胶酶对病原菌致病力的影响存在较大差异，有些果胶酶基因的缺失能够引起菌株致病力的下降，而有些果胶酶基因的缺失对致病力并没有影响。果胶酶基因VdPEL1[8]和角质酶基因VdCUT11[9]都能够诱导细胞死亡和植物的防御反应，2个基因的缺失均能够导致菌株Vd991在棉花寄主上的毒力显著降低。内切葡聚糖酶能够降解植物的纤维素，内切葡聚糖酶基因VdEg-1对于早期的侵染定殖至关重要，该基因的缺失导致病原菌在莴苣上不能很好地定殖[10]。特异分泌蛋白VdSSP1是一种重要的细胞壁降解酶，研究证实VdSSP1的缺失能够降低其对果胶和淀粉的利用率以及对棉花的致病力[11]。蔗糖非发酵蛋白激酶VdSNF1（sucro non-fermenting protein kina 1，SNF1）是细胞壁水解酶上游的一个负调控基因，主要参与糖类信号和真菌发育信号的传递。该基因的缺失导致病原菌对果胶和半乳糖的利用能力受到严重影响，且可以引起番茄寄主的致病力下降达到87%，在寄主植物维管束内不能成功定殖[12]。几丁质酶基因（VdECH）编码的蛋白能够引起植物的超敏反应和防御反应以及一些信号转导和抗性相关基因的表达上调[13]。

细胞壁降解酶大部分是多基因家族或没有同源关系的基因编码的多肽，除了包含一些关键基因，也包含一些功能重复的基因，多个基因之间相互调控，共同参与了真菌生物学毒性的产生过程，因此在缺失功能上冗余的其中一个基因后并不会产生致病力的变化，但一些关键基因的缺失还是会导致毒力的显著下降或丧失。总体而言，细胞壁降解酶的种类非常丰富，且一些细胞壁降解酶在大丽轮枝菌致病过程中发挥着重要的作用。

1.3 微菌核和黑色素形成相关的致病基因

大丽轮枝菌具有微菌核的休眠结构，微菌核能够在土壤中存活數10年甚至20年以上。微菌核多呈椭圆形，具有瘤状凸起，由单根或数根菌丝经分隔膨大、孢壁增厚，膨大的菌丝芽殖成堆形成微菌核，微菌核中黑色素的形成有利于其抵抗不良环境。微菌核是自然界最初的侵染源，当外界自然环境适宜时植物的根系分泌物会诱导微菌核萌发形成菌丝，菌丝附着在寄主植物的根部，并可以从根部表皮破裂处侵入植物体内。大量研究表明，大丽轮枝菌微菌核的形成与致病力呈正相关。

丝状真菌会分泌包含8个半胱氨酸残基保守结构域（约100个氨基酸）的小分子量蛋白质，由于其疏水性能被称为疏水蛋白。疏水蛋白在真菌于植物表面的附着、侵染结构的形成和有性生殖等很多方面都发挥着重要功能。VDH1是大丽轮枝菌的疏水蛋白同源基因，VDH1基因的敲除突变株产微菌核的能力显著下降，分生孢子耐干燥环境的能力降低，但致病性并没有明显变化。相对于菌丝融合阶段和分生孢子形成阶段，VDH1在微菌核形成阶段的表达量更高[14]。这表明VDH1基因参与微菌核的形成，与大丽轮枝菌的长期存活有关。

烟曲霉中Aayg1基因是与黑色素合成相关的基因，大丽轮枝菌中的同源基因Vayg1的缺失突变体中黑色素的产生和微菌核的形成均受到抑制[15]，致病力下降。缺失突变体中与黑色素生物合成相关的一些基因的表达下调，但疏水蛋白基因VDH1的表达并没有发生改变。

谷氨酸富集蛋白的编码基因（VdGARP1）突变体微菌核的产生受到显著抑制，产孢能力和生长速度降低，致病力下降。但在极其贫瘠的营养环境下，其突变体也能够形成微菌核，说明VdGARP1不是微菌核形成所必需的，推测VdGARP1在微菌核的初始形成阶段发挥重要的作用[16]。Rauyaree等[17]从大丽轮枝菌中克隆到VMK1，该基因编码一个促分裂原蛋白激酶（MAPK），研究表明该基因影响微菌核的形成。转录因子VdCmr1 和聚酮合酶基因VdPKS1均参与大丽轮枝菌的黑色素合成途径，VdCmr1可以调节一些黑色素合成相关基因的表达，以增强大丽轮枝菌对紫外线或高温等一些非生物威胁的耐受性[18]，聚酮合酶基因PKS1在很多真菌中参与二羟基萘黑色素合成途径，大丽轮枝菌的同源基因VdPKS1的缺失会影响乙烯合成、黑色素形成和致病性等相关基因的表达，其突变株可以产生微菌核但黑色素形成受阻，菌株的致病力降低[19]。致病力相关基因VdPR3的缺失突变体菌丝生长速度和产孢能力下降，微菌核的产生受到抑制，纤维素酶和淀粉酶的活性降低，VdPR3是一个多功能基因，参与了菌丝的生长发育、菌株的致病性和胞外酶活性等多方面的生物学功能[20]。

整个侵染过程涉及复杂的分子调控机制。在侵染的初始阶段，与稻瘟病菌一样，大丽轮枝菌也会形成附着枝和侵染钉。其中，2个基因VdNoxB和VdPls1被证实在侵染钉的形成过程发挥重要作用，VdNoxB编码一个膜结合型NADPH氧化酶的催化亚基，VdPls1编码一个四跨膜蛋白，它们形成复合物，共同定位于附着枝基部。复合物VdNoxB/VdPls1通过介导活性氧的产生来提高细胞内的钙离子含量，进而激活转录因子Crz1介导的信号途径，最终促进侵染钉的形成[3]。当2个基因分别缺失时，侵染钉便不能形成，导致菌株的致病力下降。侵染钉衍

生形成的菌丝颈将附着枝和侵染菌丝分离开，形成一个病原菌-寄主侵染界面，分泌的蛋白（如毒力蛋白、效应蛋白）以及一些信号分子通过囊泡运输和胞吐作用被输送到这个侵染界面，形成蛋白环。大丽轮枝菌的VdSep5基因、囊泡转运因子VdSec22和VdSyn8以及胞外亚基VdExo70参与分泌蛋白向侵染界面的传送过程，这些基因的缺失均能够阻碍分泌蛋白向侵染界面的传输，导致菌株毒力的下降。在菌株对根部的感染过程中，菌丝颈是一个重要的蛋白分泌部位，分泌的蛋白通过抑制和逃避寄主植物的防御反应，实现对寄主的成功感染[4]。

1.2 细胞壁降解酶基因

真菌侵入宿主植物后會分泌出一些胞外活性蛋白酶，比如细胞壁降解酶（CWDE），细胞壁降解酶通过降解寄主的细胞壁突破寄主表面的物理屏障，为侵染做准备。CWDE可分为果胶酶、角质酶、纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、内葡聚糖酶、蛋白酶等，与其他真菌相比，大丽轮枝菌编码更多数量和种类的碳水化合物降解酶基因[5]，这能够解释大丽轮枝菌在接种后能够在较短时间内扫除植物体内一些果胶物质的障碍，进而完成在木质部导管内的定殖和扩散，同时不同的水解酶能够降解不同寄主植物的细胞壁组织，也是大丽轮枝菌具有广泛寄主的原因之一。大丽轮枝菌编码最多的水解酶类是多糖裂解酶，可以水解不同种类的果胶，这些多糖裂解酶包括PL1家族、PL3家族和PL9家族中的果胶酶以及PL4家族和PL11家族的鼠李糖苷裂解酶等。大丽轮枝菌中含有丰富的果胶酶，果胶酶可以水解寄主植物所产生的果胶，其降解产物还可以作为重要的营养物质为病原菌的生长发育提供能量[6]。利用生物信息学预测到大丽轮枝菌分泌组中存在大量的果胶酶[7]，包括14个PL1家族的果胶裂解酶和10个GH28家族的果胶水解酶，大丽轮枝菌分泌的果胶酶与其致病力相关，强致病力菌株分泌的果胶酶较多，而弱致病力菌株分泌的果胶酶则较少甚至不分泌。同时，不同果胶酶对病原菌致病力的影响存在较大差异，有些果胶酶基因的缺失能够引起菌株致病力的下降，而有些果胶酶基因的缺失对致病力并没有影响。果胶酶基因VdPEL1[8]和角质酶基因VdCUT11[9]都能够诱导细胞死亡和植物的防御反应，2个基因的缺失均能够导致菌株Vd991在棉花寄主上的毒力显著降低。内切葡聚糖酶能够降解植物的纤维素，内切葡聚糖酶基因VdEg-1对于早期的侵染定殖至关重要，该基因的缺失导致病原菌在莴苣上不能很好地定殖[10]。特异分泌蛋白VdSSP1是一种重要的细胞壁降解酶，研究证实VdSSP1的缺失能够降低其对果胶和淀粉的利用率以及对棉花的致病力[11]。蔗糖非发酵蛋白激酶VdSNF1（sucro non-fermenting protein kina 1，SNF1）是细胞壁水解酶上游的一个负调控基因，主要参与糖类信号和真菌发育信号的传递。该基因的缺失导致病原菌对果胶和半乳糖的利用能力受到严重影响，且可以引起番茄寄主的致病力下降达到87%，在寄主植物维管束内不能成功定殖[12]。几丁质酶基因（VdECH）编码的蛋白能够引起植物的超敏反应和防御反应以及一些信号转导和抗性相关基因的表达上调[13]。

细胞壁降解酶大部分是多基因家族或没有同源关系的基因编码的多肽，除了包含一些关键基因，也包含一些功能重复的基因，多个基因之间相互调控，共同参与了真菌生物学毒性的产生过程，因此在缺失功能上冗余的其中一个基因后并不会产生致病力的变化，但一些关键基因

的缺失还是会导致毒力的显著下降或丧失。总体而言，细胞壁降解酶的种类非常丰富，且一些细胞壁降解酶在大丽轮枝菌致病过程中发挥着重要的作用。

1.3 微菌核和黑色素形成相关的致病基因

大丽轮枝菌具有微菌核的休眠结构，微菌核能够在土壤中存活数10年甚至20年以上。微菌核多呈椭圆形，具有瘤状凸起，由单根或数根菌丝经分隔膨大、孢壁增厚，膨大的菌丝芽殖成堆形成微菌核，微菌核中黑色素的形成有利于其抵抗不良环境。微菌核是自然界最初的侵染源，当外界自然环境适宜时植物的根系分泌物会诱导微菌核萌发形成菌丝，菌丝附着在寄主植物的根部，并可以从根部表皮破裂处侵入植物体内。大量研究表明，大丽轮枝菌微菌核的形成与致病力呈正相关。

丝状真菌会分泌包含8个半胱氨酸残基保守结构域（约100个氨基酸）的小分子量蛋白质，由于其疏水性能被称为疏水蛋白。疏水蛋白在真菌于植物表面的附着、侵染结构的形成和有性生殖等很多方面都发挥着重要功能。VDH1是大丽轮枝菌的疏水蛋白同源基因，VDH1基因的敲除突变株产微菌核的能力显著下降，分生孢子耐干燥环境的能力降低，但致病性并没有明显变化。相对于菌丝融合阶段和分生孢子形成阶段，VDH1在微菌核形成阶段的表达量更高[14]。这表明VDH1基因参与微菌核的形成，与大丽轮枝菌的长期存活有关。

烟曲霉中Aayg1基因是与黑色素合成相关的基因，大丽轮枝菌中的同源基因Vayg1的缺失突变体中黑色素的产生和微菌核的形成均受到抑制[15]，致病力下降。缺失突变体中与黑色素生物合成相关的一些基因的表达下调，但疏水蛋白基因VDH1的表达并没有发生改变。

谷氨酸富集蛋白的编码基因（VdGARP1）突变体微菌核的产生受到显著抑制，产孢能力和生长速度降低，致病力下降。但在极其贫瘠的营养环境下，其突变体也能够形成微菌核，说明VdGARP1不是微菌核形成所必需的，推测VdGARP1在微菌核的初始形成阶段发挥重要的作用[16]。Rauyaree等[17]从大丽轮枝菌中克隆到VMK1，该基因编码一个促分裂原蛋白激酶（MAPK），研究表明该基因影响微菌核的形成。转录因子VdCmr1 和聚酮合酶基因VdPKS1均参与大丽轮枝菌的黑色素合成途径，VdCmr1可以调节一些黑色素合成相关基因的表达，以增强大丽轮枝菌对紫外线或高温等一些非生物威胁的耐受性[18]，聚酮合酶基因PKS1在很多真菌中参与二羟基萘黑色素合成途径，大丽轮枝菌的同源基因VdPKS1的缺失会影响乙烯合成、黑色素形成和致病性等相关基因的表达，其突变株可以产生微菌核但黑色素形成受阻，菌株的致病力降低[19]。致病力相关基因VdPR3的缺失突变体菌丝生长速度和产孢能力下降，微菌核的产生受到抑制，纤维素酶和淀粉酶的活性降低，VdPR3是一个多功能基因，参与了菌丝的生长发育、菌株的致病性和胞外酶活性等多方面的生物学功能[20]。

整个侵染过程涉及复杂的分子调控机制。在侵染的初始阶段，与稻瘟病菌一样，大丽轮枝菌也会形成附着枝和侵染钉。其中，2个基因VdNoxB和VdPls1被证实在侵染钉的形成过程发挥重要作用，VdNoxB编码一个膜结合型NADPH氧化酶的催化亚基，VdPls1编码一个四跨

膜蛋白，它们形成复合物，共同定位于附着枝基部。复合物VdNoxB/VdPls1通过介导活性氧的产生来提高细胞内的钙离子含量，进而激活转录因子Crz1介导的信号途径，最终促进侵染钉的形成[3]。当2个基因分别缺失时，侵染钉便不能形成，导致菌株的致病力下降。侵染钉衍生形成的菌丝颈将附着枝和侵染菌丝分离开，形成一个病原菌-寄主侵染界面，分泌的蛋白（如毒力蛋白、效应蛋白）以及一些信号分子通过囊泡运输和胞吐作用被输送到这个侵染界面，形成蛋白环。大丽轮枝菌的VdSep5基因、囊泡转运因子VdSec22和VdSyn8以及胞外亚基VdExo70参与分泌蛋白向侵染界面的传送过程，这些基因的缺失均能够阻碍分泌蛋白向侵染界面的传输，导致菌株毒力的下降。在菌株对根部的感染过程中，菌丝颈是一个重要的蛋白分泌部位，分泌的蛋白通过抑制和逃避寄主植物的防御反应，实现对寄主的成功感染[4]。

1.2 细胞壁降解酶基因

真菌侵入宿主植物后会分泌出一些胞外活性蛋白酶，比如细胞壁降解酶（CWDE），细胞壁降解酶通过降解寄主的细胞壁突破寄主表面的物理屏障，为侵染做准备。CWDE可分為果胶酶、角质酶、纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、内葡聚糖酶、蛋白酶等，与其他真菌相比，大丽轮枝菌编码更多数量和种类的碳水化合物降解酶基因[5]，这能够解释大丽轮枝菌在接种后能够在较短时间内扫除植物体内一些果胶物质的障碍，进而完成在木质部导管内的定殖和扩散，同时不同的水解酶能够降解不同寄主植物的细胞壁组织，也是大丽轮枝菌具有广泛寄主的原因之一。大丽轮枝菌编码最多的水解酶类是多糖裂解酶，可以水解不同种类的果胶，这些多糖裂解酶包括PL1家族、PL3家族和PL9家族中的果胶酶以及PL4家族和PL11家族的鼠李糖苷裂解酶等。大丽轮枝菌中含有丰富的果胶酶，果胶酶可以水解寄主植物所产生的果胶，其降解产物还可以作为重要的营养物质为病原菌的生长发育提供能量[6]。利用生物信息学预测到大丽轮枝菌分泌组中存在大量的果胶酶[7]，包括14个PL1家族的果胶裂解酶和10个GH28家族的果胶水解酶，大丽轮枝菌分泌的果胶酶与其致病力相关，强致病力菌株分泌的果胶酶较多，而弱致病力菌株分泌的果胶酶则较少甚至不分泌。同时，不同果胶酶对病原菌致病力的影响存在较大差异，有些果胶酶基因的缺失能够引起菌株致病力的下降，而有些果胶酶基因的缺失对致病力并没有影响。果胶酶基因VdPEL1[8]和角质酶基因VdCUT11[9]都能够诱导细胞死亡和植物的防御反应，2个基因的缺失均能够导致菌株Vd991在棉花寄主上的毒力显著降低。内切葡聚糖酶能够降解植物的纤维素，内切葡聚糖酶基因VdEg-1对于早期的侵染定殖至关重要，该基因的缺失导致病原菌在莴苣上不能很好地定殖[10]。特异分泌蛋白VdSSP1是一种重要的细胞壁降解酶，研究证实VdSSP1的缺失能够降低其对果胶和淀粉的利用率以及对棉花的致病力[11]。蔗糖非发酵蛋白激酶VdSNF1（sucro non-fermenting protein kina 1，SNF1）是细胞壁水解酶上游的一个负调控基因，主要参与糖类信号和真菌发育信号的传递。该基因的缺失导致病原菌对果胶和半乳糖的利用能力受到严重影响，且可以引起番茄寄主的致病力下降达到87%，在寄主植物维管束内不能成功定殖[12]。几丁质酶基因（VdECH）编码的蛋白能够引起植物的超敏反应和防御反应以及一些信号转导和抗性相关基因的表达上调[13]。

细胞壁降解酶大部分是多基因家族或没有同源关系的基因编码的多肽，除了包含一些关键基因，也包含一些功能重复的基因，多个基因之间相互调控，共同参与了真菌生物学毒性的产生过程，因此在缺失功能上冗余的其中一个基因后并不会产生致病力的变化，但一些关键基因的缺失还是会导致毒力的显著下降或丧失。总体而言，细胞壁降解酶的种类非常丰富，且一些细胞壁降解酶在大丽轮枝菌致病过程中发挥着重要的作用。

1.3 微菌核和黑色素形成相关的致病基因

大丽轮枝菌具有微菌核的休眠结构，微菌核能够在土壤中存活数10年甚至20年以上。微菌核多呈椭圆形，具有瘤状凸起，由单根或数根菌丝经分隔膨大、孢壁增厚，膨大的菌丝芽殖成堆形成微菌核，微菌核中黑色素的形成有利于其抵抗不良环境。微菌核是自然界最初的侵染源，当外界自然环境适宜时植物的根系分泌物会诱导微菌核萌发形成菌丝，菌丝附着在寄主植物的根部，并可以从根部表皮破裂处侵入植物体内。大量研究表明，大丽轮枝菌微菌核的形成与致病力呈正相关。

丝状真菌会分泌包含8个半胱氨酸残基保守结构域（约100个氨基酸）的小分子量蛋白质，由于其疏水性能被称为疏水蛋白。疏水蛋白在真菌于植物表面的附着、侵染结构的形成和有性生殖等很多方面都发挥着重要功能。VDH1是大丽轮枝菌的疏水蛋白同源基因，VDH1基因的敲除突变株产微菌核的能力显著下降，分生孢子耐干燥环境的能力降低，但致病性并没有明显变化。相对于菌丝融合阶段和分生孢子形成阶段，VDH1在微菌核形成阶段的表达量更高[14]。这表明VDH1基因参与微菌核的形成，与大丽轮枝菌的长期存活有关。

烟曲霉中Aayg1基因是与黑色素合成相关的基因，大丽轮枝菌中的同源基因Vayg1的缺失突变体中黑色素的产生和微菌核的形成均受到抑制[15]，致病力下降。缺失突变体中与黑色素生物合成相关的一些基因的表达下调，但疏水蛋白基因VDH1的表达并没有发生改变。

谷氨酸富集蛋白的编码基因（VdGARP1）突变体微菌核的产生受到显著抑制，产孢能力和生长速度降低，致病力下降。但在极其贫瘠的营养环境下，其突变体也能够形成微菌核，说明VdGARP1不是微菌核形成所必需的，推测VdGARP1在微菌核的初始形成阶段发挥重要的作用[16]。Rauyaree等[17]从大丽轮枝菌中克隆到VMK1，该基因编码一个促分裂原蛋白激酶（MAPK），研究表明该基因影响微菌核的形成。转录因子VdCmr1 和聚酮合酶基因VdPKS1均参与大丽轮枝菌的黑色素合成途径，VdCmr1可以调节一些黑色素合成相关基因的表达，以增强大丽轮枝菌对紫外线或高温等一些非生物威胁的耐受性[18]，聚酮合酶基因PKS1在很多真菌中参与二羟基萘黑色素合成途径，大丽轮枝菌的同源基因VdPKS1的缺失会影响乙烯合成、黑色素形成和致病性等相关基因的表达，其突变株可以产生微菌核但黑色素形成受阻，菌株的致病力降低[19]。致病力相关基因VdPR3的缺失突变体菌丝生长速度和产孢能力下降，微菌核的产生受到抑制，纤维素酶和淀粉酶的活性降低，VdPR3是一个多功能基因，参与了菌丝的生长发育、菌株的致病性和胞外酶活性等多方面的生物学功能[20]。

整个侵染过程涉及复杂的分子调控机制。在侵染的初始阶段，与稻瘟病菌一样，大丽轮枝菌也会形成附着枝和侵染钉。其中，2个基因VdNoxB和VdPls1被证实在侵染钉的形成过程发挥重要作用，VdNoxB编码一个膜结合型NADPH氧化酶的催化亚基，VdPls1编码一个四跨膜蛋白，它们形成复合物，共同定位于附着枝基部。复合物VdNoxB/VdPls1通过介导活性氧的产生来提高细胞内的钙离子含量，进而激活转录因子Crz1介导的信号途径，最终促进侵染钉的形成[3]。当2个基因分别缺失时，侵染钉便不能形成，导致菌株的致病力下降。侵染钉衍生形成的菌丝颈将附着枝和侵染菌丝分离开，形成一个病原菌-寄主侵染界面，分泌的蛋白（如毒力蛋白、效应蛋白）以及一些信号分子通过囊泡运输和胞吐作用被输送到这个侵染界面，形成蛋白环。大丽轮枝菌的VdSep5基因、囊泡轉运因子VdSec22和VdSyn8以及胞外亚基VdExo70参与分泌蛋白向侵染界面的传送过程，这些基因的缺失均能够阻碍分泌蛋白向侵染界面的传输，导致菌株毒力的下降。在菌株对根部的感染过程中，菌丝颈是一个重要的蛋白分泌部位，分泌的蛋白通过抑制和逃避寄主植物的防御反应，实现对寄主的成功感染[4]。

1.2 细胞壁降解酶基因

真菌侵入宿主植物后会分泌出一些胞外活性蛋白酶，比如细胞壁降解酶（CWDE），细胞壁降解酶通过降解寄主的细胞壁突破寄主表面的物理屏障，为侵染做准备。CWDE可分为果胶酶、角质酶、纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、内葡聚糖酶、蛋白酶等，与其他真菌相比，大丽轮枝菌编码更多数量和种类的碳水化合物降解酶基因[5]，这能够解释大丽轮枝菌在接种后能够在较短时间内扫除植物体内一些果胶物质的障碍，进而完成在木质部导管内的定殖和扩散，同时不同的水解酶能够降解不同寄主植物的细胞壁组织，也是大丽轮枝菌具有广泛寄主的原因之一。大丽轮枝菌编码最多的水解酶类是多糖裂解酶，可以水解不同种类的果胶，这些多糖裂解酶包括PL1家族、PL3家族和PL9家族中的果胶酶以及PL4家族和PL11家族的鼠李糖苷裂解酶等。大丽轮枝菌中含有丰富的果胶酶，果胶酶可以水解寄主植物所产生的果胶，其降解产物还可以作为重要的营养物质为病原菌的生长发育提供能量[6]。利用生物信息学预测到大丽轮枝菌分泌组中存在大量的果胶酶[7]，包括14个PL1家族的果胶裂解酶和10个GH28家族的果胶水解酶，大丽轮枝菌分泌的果胶酶与其致病力相关，强致病力菌株分泌的果胶酶较多，而弱致病力菌株分泌的果胶酶则较少甚至不分泌。同时，不同果胶酶对病原菌致病力的影响存在较大差异，有些果胶酶基因的缺失能够引起菌株致病力的下降，而有些果胶酶基因的缺失对致病力并没有影响。果胶酶基因VdPEL1[8]和角质酶基因VdCUT11[9]都能够诱导细胞死亡和植物的防御反应，2个基因的缺失均能够导致菌株Vd991在棉花寄主上的毒力显著降低。内切葡聚糖酶能够降解植物的纤维素，内切葡聚糖酶基因VdEg-1对于早期的侵染定殖至关重要，该基因的缺失导致病原菌在莴苣上不能很好地定殖[10]。特异分泌蛋白VdSSP1是一种重要的细胞壁降解酶，研究证实VdSSP1的缺失能够降低其对果胶和淀粉的利用率以及对棉花的致病力[11]。蔗糖非发酵蛋白激酶VdSNF1（sucro non-fermenting protein kina 1，SNF1）是细胞壁水解酶上游的一个负调控基因，主要参与糖类信号和真菌发育信号的传递。该基因的缺失导致病原菌对果胶和半乳糖的利用能力受到严重影响，且可以引起番茄寄主的致

病力下降达到87%，在寄主植物维管束内不能成功定殖[12]。几丁质酶基因（VdECH）编码的蛋白能够引起植物的超敏反应和防御反应以及一些信号转导和抗性相关基因的表达上调[13]。

细胞壁降解酶大部分是多基因家族或没有同源关系的基因编码的多肽，除了包含一些关键基因，也包含一些功能重复的基因，多个基因之间相互调控，共同参与了真菌生物学毒性的产生过程，因此在缺失功能上冗余的其中一个基因后并不会产生致病力的变化，但一些关键基因的缺失还是会导致毒力的显著下降或丧失。总体而言，细胞壁降解酶的种类非常丰富，且一些细胞壁降解酶在大丽轮枝菌致病过程中发挥着重要的作用。

1.3 微菌核和黑色素形成相关的致病基因

大丽轮枝菌具有微菌核的休眠结构，微菌核能够在土壤中存活数10年甚至20年以上。微菌核多呈椭圆形，具有瘤状凸起，由单根或数根菌丝经分隔膨大、孢壁增厚，膨大的菌丝芽殖成堆形成微菌核，微菌核中黑色素的形成有利于其抵抗不良环境。微菌核是自然界最初的侵染源，当外界自然环境适宜时植物的根系分泌物会诱导微菌核萌发形成菌丝，菌丝附着在寄主植物的根部，并可以从根部表皮破裂处侵入植物体内。大量研究表明，大丽轮枝菌微菌核的形成与致病力呈正相关。

丝状真菌会分泌包含8个半胱氨酸残基保守结构域（约100个氨基酸）的小分子量蛋白质，由于其疏水性能被称为疏水蛋白。疏水蛋白在真菌于植物表面的附着、侵染结构的形成和有性生殖等很多方面都发挥着重要功能。VDH1是大丽轮枝菌的疏水蛋白同源基因，VDH1基因的敲除突变株产微菌核的能力显著下降，分生孢子耐干燥环境的能力降低，但致病性并没有明显变化。相对于菌丝融合阶段和分生孢子形成阶段，VDH1在微菌核形成阶段的表达量更高[14]。这表明VDH1基因参与微菌核的形成，与大丽轮枝菌的长期存活有关。

烟曲霉中Aayg1基因是与黑色素合成相关的基因，大丽轮枝菌中的同源基因Vayg1的缺失突变体中黑色素的产生和微菌核的形成均受到抑制[15]，致病力下降。缺失突变体中与黑色素生物合成相关的一些基因的表达下调，但疏水蛋白基因VDH1的表达并没有发生改变。

谷氨酸富集蛋白的编码基因（VdGARP1）突变体微菌核的产生受到显著抑制，产孢能力和生长速度降低，致病力下降。但在极其贫瘠的营养环境下，其突变体也能够形成微菌核，说明VdGARP1不是微菌核形成所必需的，推测VdGARP1在微菌核的初始形成阶段发挥重要的作用[16]。Rauyaree等[17]从大丽轮枝菌中克隆到VMK1，该基因编码一个促分裂原蛋白激酶（MAPK），研究表明该基因影响微菌核的形成。转录因子VdCmr1 和聚酮合酶基因VdPKS1均参与大丽轮枝菌的黑色素合成途径，VdCmr1可以调节一些黑色素合成相关基因的表达，以增强大丽轮枝菌对紫外线或高温等一些非生物威胁的耐受性[18]，聚酮合酶基因PKS1在很多真菌中参与二羟基萘黑色素合成途径，大丽轮枝菌的同源基因VdPKS1的缺失会影响乙烯合成、黑色素形成和致病性等相关基因的表达，其突变株可以产生微菌核但黑色素形成受阻，菌株的致病力降低[19]。致病力相关基因VdPR3的缺失突变体菌丝生长速度和产孢能力下降，微

菌核的产生受到抑制，纤维素酶和淀粉酶的活性降低，VdPR3是一个多功能基因，参与了菌丝的生长发育、菌株的致病性和胞外酶活性等多方面的生物学功能[20]。

整个侵染过程涉及复杂的分子调控机制。在侵染的初始阶段，与稻瘟病菌一样，大丽轮枝菌也会形成附着枝和侵染钉。其中，2个基因VdNoxB和VdPls1被证实在侵染钉的形成过程发挥重要作用，VdNoxB编码一个膜结合型NADPH氧化酶的催化亚基，VdPls1编码一个四跨膜蛋白，它们形成复合物，共同定位于附着枝基部。复合物VdNoxB/VdPls1通过介导活性氧的产生来提高细胞内的钙离子含量，进而激活转录因子Crz1介导的信号途径，最终促进侵染钉的形成[3]。当2个基因分别缺失时，侵染钉便不能形成，导致菌株的致病力下降。侵染钉衍生形成的菌丝颈将附着枝和侵染菌丝分离开，形成一个病原菌-寄主侵染界面，分泌的蛋白（如毒力蛋白、效应蛋白）以及一些信号分子通过囊泡运输和胞吐作用被输送到这个侵染界面，形成蛋白环。大丽轮枝菌的VdSep5基因、囊泡转运因子VdSec22和VdSyn8以及胞外亚基VdExo70参与分泌蛋白向侵染界面的传送过程，这些基因的缺失均能够阻碍分泌蛋白向侵染界面的传输，导致菌株毒力的下降。在菌株对根部的感染过程中，菌丝颈是一个重要的蛋白分泌部位，分泌的蛋白通过抑制和逃避寄主植物的防御反应，实现对寄主的成功感染[4]。

1.2 细胞壁降解酶基因

真菌侵入宿主植物后会分泌出一些胞外活性蛋白酶，比如细胞壁降解酶（CWDE），细胞壁降解酶通过降解寄主的细胞壁突破寄主表面的物理屏障，为侵染做准备。CWDE可分为果胶酶、角质酶、纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、内葡聚糖酶、蛋白酶等，与其他真菌相比，大丽轮枝菌编码更多数量和种类的碳水化合物降解酶基因[5]，这能够解释大丽轮枝菌在接种后能够在较短时间内扫除植物体内一些果胶物质的障碍，进而完成在木质部导管内的定殖和扩散，同时不同的水解酶能够降解不同寄主植物的细胞壁组织，也是大丽轮枝菌具有广泛寄主的原因之一。大丽轮枝菌编码最多的水解酶类是多糖裂解酶，可以水解不同种类的果胶，这些多糖裂解酶包括PL1家族、PL3家族和PL9家族中的果胶酶以及PL4家族和PL11家族的鼠李糖苷裂解酶等。大丽轮枝菌中含有丰富的果胶酶，果胶酶可以水解寄主植物所产生的果胶，其降解产物还可以作为重要的营养物质为病原菌的生长发育提供能量[6]。利用生物信息学预测到大丽轮枝菌分泌组中存在大量的果胶酶[7]，包括14个PL1家族的果胶裂解酶和10个GH28家族的果胶水解酶，大丽轮枝菌分泌的果胶酶与其致病力相关，强致病力菌株分泌的果胶酶较多，而弱致病力菌株分泌的果胶酶则较少甚至不分泌。同时，不同果胶酶对病原菌致病力的影响存在较大差异，有些果胶酶基因的缺失能够引起菌株致病力的下降，而有些果胶酶基因的缺失对致病力并没有影响。果胶酶基因VdPEL1[8]和角质酶基因VdCUT11[9]都能够诱导细胞死亡和植物的防御反应，2个基因的缺失均能够导致菌株Vd991在棉花寄主上的毒力显著降低。内切葡聚糖酶能够降解植物的纤维素，内切葡聚糖酶基因VdEg-1对于早期的侵染定殖至关重要，该基因的缺失导致病原菌在莴苣上不能很好地定殖[10]。特异分泌蛋白VdSSP1是一种重要的细胞壁降解酶，研究证实VdSSP1的缺失能够降低其对果胶和淀粉的利用率以及对棉花的致病力[11]。蔗糖非发酵蛋白激酶VdSNF1（sucro non-fermenting protein kina 1，

SNF1）是细胞壁水解酶上游的一个负调控基因，主要参与糖类信号和真菌发育信号的传递。该基因的缺失导致病原菌对果胶和半乳糖的利用能力受到严重影响，且可以引起番茄寄主的致病力下降达到87%，在寄主植物维管束内不能成功定殖[12]。几丁质酶基因（VdECH）编码的蛋白能够引起植物的超敏反应和防御反应以及一些信号转导和抗性相关基因的表达上调[13]。

细胞壁降解酶大部分是多基因家族或没有同源关系的基因编码的多肽，除了包含一些关键基因，也包含一些功能重复的基因，多个基因之间相互调控，共同参与了真菌生物学毒性的产生过程，因此在缺失功能上冗余的其中一个基因后并不会产生致病力的变化，但一些关键基因的缺失还是会导致毒力的显著下降或丧失。总体而言，细胞壁降解酶的种类非常丰富，且一些细胞壁降解酶在大丽轮枝菌致病过程中发挥着重要的作用。

1.3 微菌核和黑色素形成相关的致病基因

大丽轮枝菌具有微菌核的休眠结构，微菌核能够在土壤中存活数10年甚至20年以上。微菌核多呈椭圆形，具有瘤状凸起，由单根或数根菌丝经分隔膨大、孢壁增厚，膨大的菌丝芽殖成堆形成微菌核，微菌核中黑色素的形成有利于其抵抗不良环境。微菌核是自然界最初的侵染源，当外界自然环境适宜时植物的根系分泌物会诱导微菌核萌发形成菌丝，菌丝附着在寄主植物的根部，并可以从根部表皮破裂處侵入植物体内。大量研究表明，大丽轮枝菌微菌核的形成与致病力呈正相关。

丝状真菌会分泌包含8个半胱氨酸残基保守结构域（约100个氨基酸）的小分子量蛋白质，由于其疏水性能被称为疏水蛋白。疏水蛋白在真菌于植物表面的附着、侵染结构的形成和有性生殖等很多方面都发挥着重要功能。VDH1是大丽轮枝菌的疏水蛋白同源基因，VDH1基因的敲除突变株产微菌核的能力显著下降，分生孢子耐干燥环境的能力降低，但致病性并没有明显变化。相对于菌丝融合阶段和分生孢子形成阶段，VDH1在微菌核形成阶段的表达量更高[14]。这表明VDH1基因参与微菌核的形成，与大丽轮枝菌的长期存活有关。

烟曲霉中Aayg1基因是与黑色素合成相关的基因，大丽轮枝菌中的同源基因Vayg1的缺失突变体中黑色素的产生和微菌核的形成均受到抑制[15]，致病力下降。缺失突变体中与黑色素生物合成相关的一些基因的表达下调，但疏水蛋白基因VDH1的表达并没有发生改变。

谷氨酸富集蛋白的编码基因（VdGARP1）突变体微菌核的产生受到显著抑制，产孢能力和生长速度降低，致病力下降。但在极其贫瘠的营养环境下，其突变体也能够形成微菌核，说明VdGARP1不是微菌核形成所必需的，推测VdGARP1在微菌核的初始形成阶段发挥重要的作用[16]。Rauyaree等[17]从大丽轮枝菌中克隆到VMK1，该基因编码一个促分裂原蛋白激酶（MAPK），研究表明该基因影响微菌核的形成。转录因子VdCmr1 和聚酮合酶基因VdPKS1均参与大丽轮枝菌的黑色素合成途径，VdCmr1可以调节一些黑色素合成相关基因的表达，以增强大丽轮枝菌对紫外线或高温等一些非生物威胁的耐受性[18]，聚酮合酶基因PKS1在很多真菌中参与二羟基萘黑色素合成途径，大丽轮枝菌的同源基因VdPKS1的缺失会影响乙烯合

成、黑色素形成和致病性等相关基因的表达，其突变株可以产生微菌核但黑色素形成受阻，菌株的致病力降低[19]。致病力相关基因VdPR3的缺失突变体菌丝生长速度和产孢能力下降，微菌核的产生受到抑制，纤维素酶和淀粉酶的活性降低，VdPR3是一个多功能基因，参与了菌丝的生长发育、菌株的致病性和胞外酶活性等多方面的生物学功能[20]。

整个侵染过程涉及复杂的分子调控机制。在侵染的初始阶段，与稻瘟病菌一样，大丽轮枝菌也会形成附着枝和侵染钉。其中，2个基因VdNoxB和VdPls1被证实在侵染钉的形成过程发挥重要作用，VdNoxB编码一个膜结合型NADPH氧化酶的催化亚基，VdPls1编码一个四跨膜蛋白，它们形成复合物，共同定位于附着枝基部。复合物VdNoxB/VdPls1通过介导活性氧的产生来提高细胞内的钙离子含量，进而激活转录因子Crz1介導的信号途径，最终促进侵染钉的形成[3]。当2个基因分别缺失时，侵染钉便不能形成，导致菌株的致病力下降。侵染钉衍生形成的菌丝颈将附着枝和侵染菌丝分离开，形成一个病原菌-寄主侵染界面，分泌的蛋白（如毒力蛋白、效应蛋白）以及一些信号分子通过囊泡运输和胞吐作用被输送到这个侵染界面，形成蛋白环。大丽轮枝菌的VdSep5基因、囊泡转运因子VdSec22和VdSyn8以及胞外亚基VdExo70参与分泌蛋白向侵染界面的传送过程，这些基因的缺失均能够阻碍分泌蛋白向侵染界面的传输，导致菌株毒力的下降。在菌株对根部的感染过程中，菌丝颈是一个重要的蛋白分泌部位，分泌的蛋白通过抑制和逃避寄主植物的防御反应，实现对寄主的成功感染[4]。

1.2 细胞壁降解酶基因

真菌侵入宿主植物后会分泌出一些胞外活性蛋白酶，比如细胞壁降解酶（CWDE），细胞壁降解酶通过降解寄主的细胞壁突破寄主表面的物理屏障，为侵染做准备。CWDE可分为果胶酶、角质酶、纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、内葡聚糖酶、蛋白酶等，与其他真菌相比，大丽轮枝菌编码更多数量和种类的碳水化合物降解酶基因[5]，这能够解释大丽轮枝菌在接种后能够在较短时间内扫除植物体内一些果胶物质的障碍，进而完成在木质部导管内的定殖和扩散，同时不同的水解酶能够降解不同寄主植物的细胞壁组织，也是大丽轮枝菌具有广泛寄主的原因之一。大丽轮枝菌编码最多的水解酶类是多糖裂解酶，可以水解不同种类的果胶，这些多糖裂解酶包括PL1家族、PL3家族和PL9家族中的果胶酶以及PL4家族和PL11家族的鼠李糖苷裂解酶等。大丽轮枝菌中含有丰富的果胶酶，果胶酶可以水解寄主植物所产生的果胶，其降解产物还可以作为重要的营养物质为病原菌的生长发育提供能量[6]。利用生物信息学预测到大丽轮枝菌分泌组中存在大量的果胶酶[7]，包括14个PL1家族的果胶裂解酶和10个GH28家族的果胶水解酶，大丽轮枝菌分泌的果胶酶与其致病力相关，强致病力菌株分泌的果胶酶较多，而弱致病力菌株分泌的果胶酶则较少甚至不分泌。同时，不同果胶酶对病原菌致病力的影响存在较大差异，有些果胶酶基因的缺失能够引起菌株致病力的下降，而有些果胶酶基因的缺失对致病力并没有影响。果胶酶基因VdPEL1[8]和角质酶基因VdCUT11[9]都能够诱导细胞死亡和植物的防御反应，2个基因的缺失均能够导致菌株Vd991在棉花寄主上的毒力显著降低。内切葡聚糖酶能够降解植物的纤维素，内切葡聚糖酶基因VdEg-1对于早期的侵染定殖至关重要，该基因的缺失导致病原菌在莴苣上不能很好地定殖[10]。特异分泌蛋白VdSSP1是

一种重要的细胞壁降解酶，研究证实VdSSP1的缺失能够降低其对果胶和淀粉的利用率以及对棉花的致病力[11]。蔗糖非发酵蛋白激酶VdSNF1（sucro non-fermenting protein kina 1，SNF1）是细胞壁水解酶上游的一个负调控基因，主要参与糖类信号和真菌发育信号的传递。该基因的缺失导致病原菌对果胶和半乳糖的利用能力受到严重影响，且可以引起番茄寄主的致病力下降达到87%，在寄主植物维管束内不能成功定殖[12]。几丁质酶基因（VdECH）编码的蛋白能够引起植物的超敏反应和防御反应以及一些信号转导和抗性相关基因的表达上调[13]。

细胞壁降解酶大部分是多基因家族或没有同源关系的基因编码的多肽，除了包含一些关键基因，也包含一些功能重复的基因，多个基因之间相互调控，共同参与了真菌生物学毒性的产生过程，因此在缺失功能上冗余的其中一个基因后并不会产生致病力的变化，但一些关键基因的缺失还是会导致毒力的显著下降或丧失。总体而言，细胞壁降解酶的种类非常丰富，且一些细胞壁降解酶在大丽轮枝菌致病过程中发挥着重要的作用。

1.3 微菌核和黑色素形成相关的致病基因

大丽轮枝菌具有微菌核的休眠结构，微菌核能够在土壤中存活数10年甚至20年以上。微菌核多呈椭圆形，具有瘤状凸起，由单根或数根菌丝经分隔膨大、孢壁增厚，膨大的菌丝芽殖成堆形成微菌核，微菌核中黑色素的形成有利于其抵抗不良环境。微菌核是自然界最初的侵染源，当外界自然环境适宜时植物的根系分泌物会诱导微菌核萌发形成菌丝，菌丝附着在寄主植物的根部，并可以从根部表皮破裂处侵入植物体内。大量研究表明，大丽轮枝菌微菌核的形成与致病力呈正相关。

丝状真菌会分泌包含8个半胱氨酸残基保守结构域（约100个氨基酸）的小分子量蛋白质，由于其疏水性能被称为疏水蛋白。疏水蛋白在真菌于植物表面的附着、侵染结构的形成和有性生殖等很多方面都发挥着重要功能。VDH1是大丽轮枝菌的疏水蛋白同源基因，VDH1基因的敲除突变株产微菌核的能力显著下降，分生孢子耐干燥环境的能力降低，但致病性并没有明显变化。相对于菌丝融合阶段和分生孢子形成阶段，VDH1在微菌核形成阶段的表达量更高[14]。这表明VDH1基因参与微菌核的形成，与大丽轮枝菌的长期存活有关。

烟曲霉中Aayg1基因是与黑色素合成相关的基因，大丽轮枝菌中的同源基因Vayg1的缺失突变体中黑色素的产生和微菌核的形成均受到抑制[15]，致病力下降。缺失突变体中与黑色素生物合成相关的一些基因的表达下调，但疏水蛋白基因VDH1的表达并没有发生改变。

谷氨酸富集蛋白的编码基因（VdGARP1）突变体微菌核的产生受到显著抑制，产孢能力和生长速度降低，致病力下降。但在极其贫瘠的营养环境下，其突变体也能够形成微菌核，说明VdGARP1不是微菌核形成所必需的，推测VdGARP1在微菌核的初始形成阶段发挥重要的作用[16]。Rauyaree等[17]从大丽轮枝菌中克隆到VMK1，该基因编码一个促分裂原蛋白激酶（MAPK），研究表明该基因影响微菌核的形成。转录因子VdCmr1 和聚酮合酶基因VdPKS1均参与大丽轮枝菌的黑色素合成途径，VdCmr1可以调节一些黑色素合成相关基因的表达，以

增强大丽轮枝菌对紫外线或高温等一些非生物威胁的耐受性[18]，聚酮合酶基因PKS1在很多真菌中参与二羟基萘黑色素合成途径，大丽轮枝菌的同源基因VdPKS1的缺失会影响乙烯合成、黑色素形成和致病性等相关基因的表达，其突变株可以产生微菌核但黑色素形成受阻，菌株的致病力降低[19]。致病力相关基因VdPR3的缺失突变体菌丝生长速度和产孢能力下降，微菌核的产生受到抑制，纤维素酶和淀粉酶的活性降低，VdPR3是一个多功能基因，参与了菌丝的生长发育、菌株的致病性和胞外酶活性等多方面的生物学功能[20]。

整个侵染过程涉及复杂的分子调控机制。在侵染的初始阶段，与稻瘟病菌一样，大丽轮枝菌也会形成附着枝和侵染钉。其中，2个基因VdNoxB和VdPls1被证实在侵染钉的形成过程发挥重要作用，VdNoxB编码一个膜结合型NADPH氧化酶的催化亚基，VdPls1编码一个四跨膜蛋白，它们形成复合物，共同定位于附着枝基部。复合物VdNoxB/VdPls1通过介导活性氧的产生来提高细胞内的钙离子含量，进而激活转录因子Crz1介导的信号途径，最终促进侵染钉的形成[3]。当2个基因分别缺失时，侵染钉便不能形成，导致菌株的致病力下降。侵染钉衍生形成的菌丝颈将附着枝和侵染菌丝分离开，形成一个病原菌-寄主侵染界面，分泌的蛋白（如毒力蛋白、效应蛋白）以及一些信号分子通过囊泡运输和胞吐作用被输送到这个侵染界面，形成蛋白环。大丽轮枝菌的VdSep5基因、囊泡转运因子VdSec22和VdSyn8以及胞外亚基VdExo70参与分泌蛋白向侵染界面的传送过程，这些基因的缺失均能够阻碍分泌蛋白向侵染界面的传输，导致菌株毒力的下降。在菌株对根部的感染过程中，菌丝颈是一个重要的蛋白分泌部位，分泌的蛋白通过抑制和逃避寄主植物的防御反应，实现对寄主的成功感染[4]。

1.2 细胞壁降解酶基因

真菌侵入宿主植物后会分泌出一些胞外活性蛋白酶，比如细胞壁降解酶（CWDE），细胞壁降解酶通过降解寄主的细胞壁突破寄主表面的物理屏障，为侵染做准备。CWDE可分为果胶酶、角质酶、纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、内葡聚糖酶、蛋白酶等，与其他真菌相比，大丽轮枝菌编码更多数量和种类的碳水化合物降解酶基因[5]，这能够解释大丽轮枝菌在接种后能够在较短时间内扫除植物体内一些果胶物质的障碍，进而完成在木质部导管内的定殖和扩散，同时不同的水解酶能够降解不同寄主植物的细胞壁组织，也是大丽轮枝菌具有广泛寄主的原因之一。大丽轮枝菌编码最多的水解酶类是多糖裂解酶，可以水解不同种类的果胶，这些多糖裂解酶包括PL1家族、PL3家族和PL9家族中的果胶酶以及PL4家族和PL11家族的鼠李糖苷裂解酶等。大丽轮枝菌中含有丰富的果胶酶，果胶酶可以水解寄主植物所产生的果胶，其降解产物还可以作为重要的营养物质为病原菌的生长发育提供能量[6]。利用生物信息学预测到大丽轮枝菌分泌组中存在大量的果胶酶[7]，包括14个PL1家族的果胶裂解酶和10个GH28家族的果胶水解酶，大丽轮枝菌分泌的果胶酶与其致病力相关，强致病力菌株分泌的果胶酶较多，而弱致病力菌株分泌的果胶酶则较少甚至不分泌。同时，不同果胶酶对病原菌致病力的影响存在较大差异，有些果胶酶基因的缺失能够引起菌株致病力的下降，而有些果胶酶基因的缺失对致病力并没有影响。果胶酶基因VdPEL1[8]和角质酶基因VdCUT11[9]都能够诱导细胞死亡和植物的防御反应，2个基因的缺失均能够导致菌株Vd991在棉花寄主上的毒力显著

降低。内切葡聚糖酶能够降解植物的纤维素，内切葡聚糖酶基因VdEg-1对于早期的侵染定殖至关重要，该基因的缺失导致病原菌在莴苣上不能很好地定殖[10]。特异分泌蛋白VdSSP1是一种重要的细胞壁降解酶，研究证实VdSSP1的缺失能够降低其对果胶和淀粉的利用率以及对棉花的致病力[11]。蔗糖非发酵蛋白激酶VdSNF1（sucro non-fermenting protein kina 1，SNF1）是细胞壁水解酶上游的一个负调控基因，主要参与糖类信号和真菌发育信号的传递。该基因的缺失导致病原菌对果胶和半乳糖的利用能力受到严重影响，且可以引起番茄寄主的致病力下降达到87%，在寄主植物维管束内不能成功定殖[12]。几丁质酶基因（VdECH）编码的蛋白能够引起植物的超敏反应和防御反应以及一些信号转导和抗性相关基因的表达上调[13]。

细胞壁降解酶大部分是多基因家族或没有同源关系的基因编码的多肽，除了包含一些关键基因，也包含一些功能重复的基因，多个基因之间相互调控，共同参与了真菌生物学毒性的产生过程，因此在缺失功能上冗余的其中一个基因后并不会产生致病力的变化，但一些关键基因的缺失还是会导致毒力的显著下降或丧失。总体而言，细胞壁降解酶的种类非常丰富，且一些细胞壁降解酶在大丽轮枝菌致病过程中发挥着重要的作用。

1.3 微菌核和黑色素形成相关的致病基因

大丽轮枝菌具有微菌核的休眠结構，微菌核能够在土壤中存活数10年甚至20年以上。微菌核多呈椭圆形，具有瘤状凸起，由单根或数根菌丝经分隔膨大、孢壁增厚，膨大的菌丝芽殖成堆形成微菌核，微菌核中黑色素的形成有利于其抵抗不良环境。微菌核是自然界最初的侵染源，当外界自然环境适宜时植物的根系分泌物会诱导微菌核萌发形成菌丝，菌丝附着在寄主植物的根部，并可以从根部表皮破裂处侵入植物体内。大量研究表明，大丽轮枝菌微菌核的形成与致病力呈正相关。

丝状真菌会分泌包含8个半胱氨酸残基保守结构域（约100个氨基酸）的小分子量蛋白质，由于其疏水性能被称为疏水蛋白。疏水蛋白在真菌于植物表面的附着、侵染结构的形成和有性生殖等很多方面都发挥着重要功能。VDH1是大丽轮枝菌的疏水蛋白同源基因，VDH1基因的敲除突变株产微菌核的能力显著下降，分生孢子耐干燥环境的能力降低，但致病性并没有明显变化。相对于菌丝融合阶段和分生孢子形成阶段，VDH1在微菌核形成阶段的表达量更高[14]。这表明VDH1基因参与微菌核的形成，与大丽轮枝菌的长期存活有关。

烟曲霉中Aayg1基因是与黑色素合成相关的基因，大丽轮枝菌中的同源基因Vayg1的缺失突变体中黑色素的产生和微菌核的形成均受到抑制[15]，致病力下降。缺失突变体中与黑色素生物合成相关的一些基因的表达下调，但疏水蛋白基因VDH1的表达并没有发生改变。

谷氨酸富集蛋白的编码基因（VdGARP1）突变体微菌核的产生受到显著抑制，产孢能力和生长速度降低，致病力下降。但在极其贫瘠的营养环境下，其突变体也能够形成微菌核，说明VdGARP1不是微菌核形成所必需的，推测VdGARP1在微菌核的初始形成阶段发挥重要的作用[16]。Rauyaree等[17]从大丽轮枝菌中克隆到VMK1，该基因编码一个促分裂原蛋白激酶

（MAPK），研究表明该基因影响微菌核的形成。转录因子VdCmr1 和聚酮合酶基因VdPKS1均参与大丽轮枝菌的黑色素合成途径，VdCmr1可以调节一些黑色素合成相关基因的表达，以增强大丽轮枝菌对紫外线或高温等一些非生物威胁的耐受性[18]，聚酮合酶基因PKS1在很多真菌中参与二羟基萘黑色素合成途径，大丽轮枝菌的同源基因VdPKS1的缺失会影响乙烯合成、黑色素形成和致病性等相关基因的表达，其突变株可以产生微菌核但黑色素形成受阻，菌株的致病力降低[19]。致病力相关基因VdPR3的缺失突变体菌丝生长速度和产孢能力下降，微菌核的产生受到抑制，纤维素酶和淀粉酶的活性降低，VdPR3是一个多功能基因，参与了菌丝的生长发育、菌株的致病性和胞外酶活性等多方面的生物学功能[20]。