植物源除草剂是新农药研究和开发的热点之一。桥氧三尖杉碱是从我国特有植物中国粗榧中分离鉴定的除草活性化合物，本研究测定了其对反枝苋种子萌发、幼苗生长、形态结构及生理生化特性的影响，以期为深入研究其作用机制及进一步开发利用奠定基础。生物活性测定结果显示，桥氧三尖杉碱对反枝苋种子萌发和幼苗生长均具有显著的抑制作用，对其幼根的抑制中浓度（IC50）为38.99 mg L−1；盆栽试验显示，在4 g/L浓度下，对反枝苋的苗前鲜重抑制率在85%以上。桥氧三尖杉碱处理反枝苋后的α-淀粉酶活性和基因表达受剂量依赖性抑制，可溶性糖含量显著低于对照，总淀粉含量显著高于对照，说明抑制α-淀粉酶活性是桥氧三尖杉碱影响反枝苋种子萌发的主要机制之一。显微观察显示，经桥氧三尖杉碱处理后的反枝苋根毛数量明显减少，部分根冠脱落；超微结构观察显示，处理12 h后，根尖细胞排列紊乱，细胞结构受损，且随着处理时间的延长而加重。同时，桥氧三尖杉碱也增加了反枝苋幼苗的相对电导率，具有剂量和时间依赖性；丙二醛含量也随着处理浓度的增加而增加；过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性均显著高于对照。处理3 h后，桥氧三尖杉碱对反枝苋根尖过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的活性显著升高，丙二醛含量在处理24 h后也发生改变。以上结果表明，桥氧三尖杉碱主要通过影响反枝苋防御酶系导致根尖结构受损，进而影响幼苗的生长发育。本研究首次报道了桥氧三尖杉碱对反枝苋生理生化指标及根尖形态结构的影响，可为该潜在新型植物源除草剂的进一步开发利用奠定基础。
玉米作为我国第一大粮食作物，可用于人类食品、动物饲料，工业燃料等领域，是重要的经济和粮食作物。玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）引发的玉米大斑病（Northern corn leaf blight， NCLB）是严重威胁玉米粮食安全的重要植物病原真菌。该病菌在侵染过程中需要借助于特殊的侵染结构-附着胞。利用膨压和物理机械力穿透寄主植物表皮，完成其侵染过程。虽然，实验室前期已经证实玉米大斑病菌在应对基因损伤胁迫时，通过激活ATR介导的S期检验点，关闭附着胞介导的侵染寄主的能力，同时促进黑色素合成进行自我保护。但是，在响应DNA损伤应激反应中是否还存在其他的调控途径尚未明确。为解析该调控过程，本研究利用DNA损伤药物羟基脲（HU）处理玉米大斑病菌分生孢子并进行转录组测序。通过对转录组数据中显著差异基因进行注释聚类分析，qPCR表达模式分析，经典分子生物学验证以及生物信息学分析，最终鉴定到一些列基因参与DNA损伤应激反应。结果显示，玉米大斑病菌在应对DNA损伤胁迫时，大量次级代谢和黑色素生物合成相关基因在附着胞形成过程中被阻断。次级代谢生物合成基因包括醇脱氢酶类、多铜氧化酶、ABC蛋白转运家族、细胞色素P450和含FAD结构域的单加氧酶等植物病原体感染有关的基因。此外，研究发现一系列细胞自噬基因在HU处理后显著上调。其中包括StATG3、StATG4、StATG5、StATG7和StATG16等细胞自噬基因。并且研究结果表明该细胞自噬调控途径受到ATR介导的S期检查点调控。因此，本研究首次提出玉米大斑病菌在应对基因损伤胁迫时，关闭附着胞侵染寄主的能力，同时激活ATR介导的S期检验点促进细胞自噬的发生，这可能是除黑色素外的另一种自我保护机制，并且该调控过程在进化过程中是保守的。
糖是植物生长发育中不可或缺的生长能源，在通过疏水屏障时需要糖转运蛋白（STP）的帮助。当玉米受到病原体侵染时，糖的含量会产生波动，但是糖转运蛋白如何在玉米抗病过程中发挥作用还没有清晰地研究。为了鉴定玉米(Zea mays)糖转运蛋白家族成员并分析其在不同组织和生理条件下的表达规律，本研究利用生物信息学方法对玉米基因组中糖转运蛋白编码基因进行了系统性鉴定和分析，利用同源性分析鉴定玉米糖转运蛋白编码基因，利用保守结构域分析对糖转运蛋白进行结构域鉴定，利用转录组数据对糖转运蛋白编码基因进行表达规律分析，利用激素处理试验，验证了该家族成员在激素处理下的表达规律，并利用病斑侵染突变体，验证了该家族成员ZmSTP2和ZmSTP20具有抗病性。结果表明，玉米糖转运蛋白家族包含24个成员，均预测分布在细胞膜上，具有高度保守的跨膜转运结构域，玉米糖转运蛋白编码基因在不同组织中和胁迫下表达水平有明显差异，其中ZmSTP2和ZmSTP20在禾谷镰孢（Fusarium graminearum）侵染后表达水平持续上升，通过对zmstp2和zmstp20突变体进行抗病分析，发现接种玉米圆斑菌（Cochliobolus carbonum）、玉米大斑菌（Setosphaeria turcica）、玉米小斑菌（Cochliobolus heterostrophus）和禾谷镰孢（F. graminearum）后，zmstp2和zmstp20突变体的病斑面积显著高于野生型B73。本研究在全基因组层面对玉米糖转运蛋白编码基因进行了系统性鉴定和分析，明确了玉米糖转运蛋白的编码基因，揭示了糖转运蛋白编码基因在玉米不同组织及生物和非生物胁迫中的表达规律，为进一步阐明其功能奠定了重要的理论基础。
前期研究表明，灰葡萄孢BcSDR1基因参与调控病菌的生长发育和致病过程。然而，BcSDR1的调控机制以及BcSDR1与cAMP和MAPK信号通路的关系还不是很清楚。本研究中，转录组数据显示，BcSDR1参与了葡萄糖跨膜运输、信号转导、次级代谢等生物过程。BcSDR1突变体（BCt41）对cAMP和MAPK信号通路特异性抑制剂SQ22536和U0126的敏感性非常弱，cAMP含量明显下降。进一步通过qRT-PCR 来检测cAMP和MAPK信号通路的关键基因的表达量，发现BcSDR1突变体中BcGB1、BcBTP1、BcBOS1、BcRAS1和BcBMP3明显上调，而BcPLC1、BcBCG1、BcCDC4、BcSAK1、BcATF1和BcBAP1明显下调。BcSDR1在BcBCG2、BcBCG3、BcPKA1和BcPKAR的RNAi突变体中明显上调，但在BcPKA2、BcBMP1和BcBMP3的RNAi突变体中显著下调。因此，BcBCG2、BcBCG3、BcPKA1和BcPKAR负向调节BcSDR1的表达，而BcPKA2、BcBMP1和BcBMP3正向调节BcSDR1表达。本研究可为制定持久控制灰霉病的策略提供理论依据和实践基础，同时为研究其他真菌的遗传、发育和致病性提供重要参考价值依据。
前期研究表明，在玉米大斑病菌中存在9个漆酶样多铜氧化酶，其中漆酶基因StLAC2敲除导致黑色素含量降低，不能产生分生孢子，直接影响侵染能力。为进一步研究漆酶基因家族基因在生物学功能上的差异，本文利用同源重组技术创制StLAC6基因敲除突变体并对其对玉米大斑病菌生长发育、致病、杀菌剂抗性等方面的作用进行研究。结果表明通过同源重组技术成功创制了2株StLAC6基因敲除突变体，分析发现StLAC6基因缺失后对玉米大斑病菌的生长、菌丝形态和侵染能力没有显著影响，而且突变体细胞壁及细胞膜功能均正常。进一步对其超微结构进行分析发现，StLAC6基因敲除突变体菌丝中的过氧化物酶体形态异常，影响了菌丝内脂滴合成，同时敲除突变体中的酚类化合物和黑色素的合成增加。通过比较野生型和突变体的EC50值，发现StLAC6敲除导致病菌对嘧菌环胺、三环唑、吡唑醚菌酯等多种常见杀菌剂的敏感性增加，表明漆酶参与了玉米大斑病菌对杀菌剂的抗性。为了明确漆酶基因家族成员的关系，对StLAC6敲除突变体中其他漆酶基因的表达进行分析，发现StLAC1等多个玉米大斑病菌漆酶基因的表达水平发生了显着变化，说明漆酶基因家族成员间存在功能互补。本文为研究植物病原真菌中漆酶基因家族的功能和相互关系提供了新的见解。
玉米大斑病是世界玉米产区主要的真菌病害之一，引起该病害的真菌为玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica），为异宗配合真菌，其无性态为玉米大斑凸脐孺孢（Exserohilum turcicum）。玉米大斑病菌分生孢子萌发后形成高度特化的侵染结构—黑化的附着胞。附着胞通过产生高膨压来穿透植物表皮，其中甘油是产生膨压的主要来源。本研究分析了附着胞侵染玉米叶片的位置，发现大多数萌发的分生孢子通过直接穿透表皮细胞进入叶片内部，无论是通过表皮细胞还是气孔侵染玉米叶片，附着胞都是侵染所必需的。为了进一步确定影响附着胞发育的关键因素，我们分析了黑色素抑制剂（三环唑，TCZ）、DNA复制抑制剂（羟基脲，HU）和自噬抑制剂（3-甲基腺嘌呤，3-MA）等对附着胞膨压和甘油含量的影响。结果表明，在对照和抑制剂处理下，附着胞膨压和甘油浓度在附着胞成熟阶段均达到最高水平，三种抑制剂在附着胞成熟阶段对附着胞膨压的影响最大，糖原和脂质体是产生甘油的主要物质。研究发现，在附着胞的发育过程中，抑制剂会影响糖原和脂质体在分生孢子、芽管和附着胞中的分布。黑色素、DNA复制和自噬通过调节甘油积累和代谢影响玉米大斑病菌附着胞的发育，该研究可为附着胞膨压和甘油含量之间的关系提供新的见解。
本研究在引起北方玉米叶枯病的半活体性营养真菌——玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）基因组中鉴定了13个StCFEM蛋白。CFEM结构域的序列比对和WebLogo分析表明，StCFEM氨基酸高度保守，除StCFEM1、2、3和6外，整体上含有8个典型的半胱氨酸；系统发育分析表明，根据有无跨膜结构域的存在，13个蛋白（StCFEM1-13）可分为2个分支，其中6个有信号肽且无跨膜结构域的StCFEM蛋白（StCFEM3, 4, 5, 10, 12, 13）被假定为候选效应蛋白；对蛋白三级结构进行预测，发现候选效应蛋白的CFEM结构域可以形成螺旋结构，与白色念珠菌（Candida albicans）Csa2同源；进一步利用pSuc2t7M13or酵母分泌系统验证效应蛋白的分泌功能，结果发现6个候选效应蛋白均具有分泌能力，鉴定为分泌蛋白；转录组分析表明，6个候选基因在真菌侵染过程中不同时期均表达，其中SCFEM3、4、5和12在附着胞形成时期高度表达；我们还发现StCFEM3、4和5对BAX/INF诱导的本氏烟草程序性细胞死亡（PCD）没有影响，而StCFEM12可以抑制INF诱导的PCD，但对BAX诱导的PCD没有影响。本研究发现玉米大斑病菌（S. turcica ）CFEM蛋白家族共有13个成员，鉴定StCFEM12为候选效应子，为阐明CFEM蛋白在植物原发病过程中的作用奠定了基础。
同源重组（homologous recombination, HR）和非同源末端连接（nonhomologous end joining, NHEJ）是真核生物两种主要的双链断裂（DSB）修复方法。通常抑制NHEJ中关键组分的活性能够提高靶基因敲除的效率或者影响真核生物的生长和发育。然而，在玉米大斑病菌（Exserohilum turcicum）有关NHEJ途径的作用了解甚少。为了研究玉米大斑病菌中编码NHEJ途径关键组分蛋白Ku80基因的功能，我们在玉米大斑病菌鉴定并分析了该基因对病菌生长发育及致病性调控作用。方法：本研究通过利用同源比对的方法，在玉米大斑病菌中鉴定到与酵母Ku80同源的基因，命名为StKU80，并对该基因进行了相关生物信息分析；利用农杆菌介导的遗传转化技术（ATMT）获得了两株稳定的StKU80基因敲除突变体，并对基因的功能进行了分析。结果：保守结构域分析表明，StKu80包含真核生物的KU70p / KU80p蛋白典型的结构域VWA，Ku78和Ku-PK-bind；进一步的系统发育分析表明，StKu80与来自小麦颖枯病菌（Parastagonospora nodorum）的Ku80（XP_001802136.1）亲缘关系较近，其次是来自红曲霉（Monascus ruber）的Ku80（AGF90044.1）；突变体与野生型（WT）菌株相比，突变体的菌丝间隔变的更长，细胞壁较薄，在细胞壁表面的物质变的变少以及细胞中线粒体的含量变多；对突变体致病相关的结构进行分析表明，突变体不产生分生孢子和成熟的附着胞，但是突变体的HT毒素活性与WT类似，表明StKU80影响了病菌了侵染过程，但并未影响病菌的致病力；对StKU80能否参与调控胁迫响应反应分析发现，突变体对由H2O2产生的氧化反应高度敏感，但是对紫外不敏感。结论：StKU80在调控玉米大斑病菌的生长发育、致病性及胁迫响应过程中发挥着重要的作用。
