基于香蕉枯萎镰刀菌，研究其基因的功能分析，有何作用？

香蕉是亚热带以及热带地区广泛种植的水果之一，属于单子叶植物，目前，香蕉在130多个国家均有种植分布，年均产量可以达到14500万吨。

香蕉在中国众多水果中占据重要的位置，其里面含有丰富的钾、钙、磷和维生素等物质，与苹果、柑橘、梨、香蕉、葡萄、菠萝、椰子同时位列为我国产量统计的七种水果。

香蕉及其发展现状

香蕉不仅是一种水果，其也能作为粮食作物，是许多发展中国家的主食，被联合国粮农组织认定为仅次于水稻、小麦玉米之后的第四大粮食作物。

在我国，香蕉的种植主要位于中国的南部地区，分别是广东、广西、云南、海南、福建等地。

根据中商产业研究院公布的数据显示，在2016年，中国香蕉进口量为887192吨，并且在2017年和2018年，中国进口香蕉的数量每年都在增加。

直到2019年1月，中国进口香蕉的量达到了164566吨。在近几十年，不仅中国的香蕉种植面积在不断增加，香蕉生产量每年也在不断的增大，香蕉在我国农业经济发展中起着举足轻重的作用。

尖孢镰刀菌

枯萎病是指一类由病原菌的入侵而造成植物枯死萎焉的的植物病害的总称，表现症状为植株老叶黄化，并伴随外部叶鞘维管束失绿。

最开始，从叶片边缘开始出现黄化，然后黄化慢慢向中部扩散，在香蕉、棉花、黄瓜等作物中，枯萎病的发生十分普遍。

尖孢镰刀菌是引起枯萎病的主要病原菌之一，寄主范围十分广泛，比如黄瓜、西瓜、棉花、番茄、大豆、郁金香柑桔、香蕉和小麦等多种植物。

香蕉枯萎病菌隶属半知菌类，丝孢纲，瘤座抱目，瘤座孢科，镰刀菌属，尖孢镰刀菌古巴专化型。

在PDA培养基上培养，不同的营养及环境条件下该菌也会表现出差异，一般来说该菌的菌丝体形态表现为白色或者紫红色棉絮状，气生菌丝为白色茸毛状。

该菌的孢子形态特征主要有三种：数量最多的是圆形或者椭圆形的小型分生孢子，一般单胞或者是双胞，大小范围一般为1.7x4.2μm~4.2x12.2μm；其次是镰刀型的大型分生孢子，其一般具有3~5个隔膜，大小范围一般为2.5x4.2μm~12.6x52.5μm。

最后是圆形或椭圆形的厚垣孢子，一般间生或顶生在菌丝或大型分生孢子上，大小范围一般为4.2x11.8μm~4.2x13.4um。

镰刀菌可以在土壤中长时间存活，甚至能存活二十年之久，在22~34℃范围内可以生长，其最适生长温度为26~28℃，PH在4.0~9.0可以生长，最适pH为5~6。

尖孢镰刀菌古巴专化型是香蕉枯萎病的致病菌,根据其致病的香蕉品种以及危害范围，一般可以将香蕉枯萎病菌分为4个生理小种，分别是1~4号。

其中3号生理小种危害性最小，主要侵染中美洲热带属于观赏类香蕉的羯尾蕉属，3号小种并不能危害目前香蕉的主要栽培品种，对香蕉产业没有破坏性。

1号小种分布范围较广，能够侵染大舍、矮香蕉、龙牙蕉等品种，其对龙牙蕉和大蜜舍的危害较大，对矮香蕉的危害较小。

2号生理小种只侵染分布在中美洲等地三倍体香蕉，分布范围较窄，不能危害主要的种植品种大蜜舍。

4号生理小种危害性最大，不仅能够侵染1号生理小种所能侵染的所有香蕉品种，也能够侵染对其他小种具有抗性的香蕉品种。

香蕉枯萎病菌的致病机理

Foc的遗传背景比较复杂，研究表明，尖孢镰刀菌的致病性是由多种致病因素协同作用导致的。

研究较多的主要集中在信号识别、植物细胞壁降解酶、信号转导系统、毒素等几个方面，尖孢镰刀菌可以长期存活在地里，当根部的生长信号被土壤中的孢子感受到之后，孢子进而开始萌发成菌丝。

从根尖或者根部伤口等细胞分裂比较活跃的部位进入植株体内然后病原菌在与寄主植物的相互作用过程中会产生酶和毒索等物质,帮助自身对寄主进行侵染，最终导致寄株发病。

病原菌为了进入植物细胞，还会分泌许多的细胞壁降解酶，来对植物细胞壁进行破坏并且使自身获得营养，研究表明，植物细胞壁降解酶主要包括果胶酶、纤维素半乳糖醛酸酶等。

研究发现，发病香蕉植株上的纤维素酶和多聚半乳糖醛酸酶两种细胞壁降解酶活性均要比野生香蕉植株高FOR3基因控制编码的B-1.3-葡聚糖酶，可以降解植物细胞壁中的纤维素。

香蕉假茎组织可以被离体的果胶酶等细胞壁降解酶所降解，导致植物细胞壁结构破坏，研究表明，毒素在尖孢镰刀菌致病过程中发挥重要作用，主要有镰刀菌酸和白僵菌素等，其中主效毒素是镰刀菌酸。

香蕉枯病菌在侵染香蕉植株后，分泌出的毒素会结合细胞膜中的某些蛋白质，影响细胞膜通透性以及细胞内ATP的合成等。

侵入到植株里面之后，病原可以通过生物体普遍存在的信号转导机制与植株进行对抗,这些信号转导机制主要通过调控。

蛋白质磷酸化和去磷酸化实现的，主要包括三种途径：促分裂素原活化蛋白激酶信号转导途径、G蛋白偶联受体跨膜信号转导途径和环苷酸单磷酸信号转导途径。

MAPK途径相关的三个同源基因Foslt2、FoMkk2、FoBck1被证明与病原菌的致病性相关，并且发现引起了镰刀菌酸、白僵菌素的毒素合成相关基因的表达量显著的降低。

CAMP信号转导途径通过调解蛋白激酶A的活性，催化靶蛋白磷酸化进行传导，Fgal基因的缺失会降低病原菌细胞中cAMP的表达水平，Fgal基因的主要功能是参与镰刀菌的孢子萌发，从而降低致病性。

在尖孢镰刀菌中，主要由fga1、fga2和fgbl三个基因参与G蛋白的编码，研究发现，igal基因可能通过影响香蕉枯萎镰刀菌孢子的形成、附着胞的产生以及菌丝的形成进而来影响香蕉枯萎镰刀菌的致病性。

FGB1可调控香蕉枯萎镰刀菌菌丝的形成进而影响香蕉枯萎镰刀菌的致病性。

香蕉枯萎病的基本特征

香蕉枯萎病又被称为“香蕉癌症”，在香蕉的整个生长时期内都有可能发生，香蕉枯萎病比较严重的植株会导致整株枯萎死亡，而病情较轻的植株也会表现营养不良的症状，最终导致不结果。

幼龄期的香蕉苗被尖孢镰刀菌古巴专化型侵染后，早期一般不会表现出症状，香蕉枯萎病是一种潜伏型侵染的土传性维管束真菌病害，香蕉枯萎病最明显的特征是维管束出现褐变。

在香蕉患病早期，在根部的维管束会出现斑点状或线状的黄到褐色病变，然后病变发展到根茎，导致假茎大部分发生病变，最后木质部发生病变，成红棕色，并且延伸至球茎内。

早期外部症状是植株从下面的老叶开始逐渐向上面的新叶开始，叶片的边缘出现黄化，然后黄化向叶片中间蔓延。

最后整片叶片出现黄化枯萎，叶柄处开始枯萎，叶鞘处慢慢下垂，然后维管束出现褐变、假茎开始出现开裂,在抽蕾期至挂果期，香蕉也可能会感病，然后成株期病症才表现出来。

香蕉枯萎病又称巴拿马病，是属于枯萎病的一种，由病原菌尖孢镰刀菌古巴专化型所引起。在1910年，巴拿马由于枯萎病导致香蕉造成了惨重的损失，尖孢镰刀菌古巴专化型开始得名。

香蕉枯萎病是世界上最具毁灭性的病害之一，后来经过鉴定，鉴定发现其是由寄主范围较窄的尖孢镰刀。

菌1号生理小种所引起；接着1967年我国台湾的香蕉上也发现了枯萎病，鉴定发现其是由寄主范围比较广的4号生理小种所引起，目前我国的主要种植香蕉的省份发现了枯萎病的存在。

2001年，香蕉枯萎病首次在海南被发现，发病率逐年倍增，在重灾区，发病率其至高达90%，2010年，在广东、海南等地，受灾面积高达18万公顷。

目前，香蕉枯萎病还没有找到一种完全有效的防治方法，导致某些原本香蕉比较高产的的优质种植区只能种植其他的粮食经济作物。

在病原菌侵染寄主植物过程中，分泌蛋白是帮助病原菌侵染并增强其致病性的关键因素之一，在与植物互作过程中起到了及其重要的作用。

在侵染过程中，病原真菌为了以利自己的生存,会持续不断地向宿主植物释放分泌蛋白来帮助自己更容易侵染宿主植物和维持自己的生长繁殖。

找到病原菌的全基因组数据，应用生物信息学的手段对其信息进行挖掘，然后预测分析分泌蛋白质的组成以及大致功能，已经成为解析病原菌致病分子机理过程的第一步。

然后将病原菌的分泌蛋白作为特定的研究对象，对其基因进行敲除，根据生物性状以及功能的改变，推测出该基因的具体生物学功能。

对分泌蛋白的研究可以对解析Foc的致病机理以及为病原真菌的防治策略提供理论依据，对解决尖孢镰刀菌引起的香蕉枯萎病具有重要意义。