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自噬相关基因FpAtg3参与假禾谷镰孢的生长和致病

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中国农业科学 2024年第6期57卷 1080-1090页

作者：董在芳丁腾腾单艺轩李洪连陈琳琳邢小萍河南农业大学植物保护学院/小麦玉米作物学国家重点实验室

【背景】假禾谷镰孢（Fusarium pseudograminearum）引起的小麦茎基腐病是我国小麦生产上的新病害。自噬是真核生物中普遍发生的细胞过程，调控多种植物病原真菌的生长发育和侵染，但其在假禾谷镰孢中的作用还不明确。【目的】明确假禾... 详细信息

【背景】假禾谷镰孢（Fusarium pseudograminearum）引起的小麦茎基腐病是我国小麦生产上的新病害。自噬是真核生物中普遍发生的细胞过程，调控多种植物病原真菌的生长发育和侵染，但其在假禾谷镰孢中的作用还不明确。【目的】明确假禾谷镰孢自噬相关基因FpAtg3在该病菌生长和致病中的作用，解析假禾谷镰孢致病机理，为小麦茎基腐病科学防控提供理论依据。【方法】从NCBI数据库中下载主要真菌的Atg3氨基酸序列，利用MEGA5.05构建系统进化树。利用Split-PCR策略构建FpAtg3基因敲除盒，经PEG介导的原生质体转化导入假禾谷镰孢野生型菌株中。利用潮霉素抗性筛选阳性转化子，并经PCR检测获得FpAtg3基因缺失突变体（ΔFpAtg3）。构建pKNTG-FpAtg3重组载体，导入ΔFpAtg3菌株，利用FpAtg3自身启动子启动FpAtg3的转录，以获得FpAtg3缺失突变体的回补菌株。利用假禾谷镰孢营养生长的培养基PDA、CM和MM测定菌丝生长速率和菌落形态；PDA培养基上测定菌丝形态和菌丝融合率；CMC培养液中测定分生孢子的产量及形态；皮氏培养基上测定孢子融合芽管调控的融合率。将假禾谷镰孢的菌丝块接种小麦胚芽鞘和大麦叶片测定病原菌的致病力，采用盆栽试验测定假禾谷镰孢引起的小麦茎基腐病。在PDA培养基中分别加入刚果红、SDS和过氧化氢测定假禾谷镰孢对细胞壁、细胞膜和氧化胁迫的耐受性。【结果】细胞自噬相关蛋白Atg3在真菌中非常保守，且与生物进化的方向一致，假禾谷镰孢FpAtg3与禾谷镰孢和尖镰孢的Atg3同源性最高。获得了FpAtg3基因缺失突变体和回补菌株，表型测定结果显示，与假禾谷镰孢野生型和回补菌株相比，ΔFpAtg3在营养培养基上的菌丝生长明显减慢，气生菌丝减少，菌丝呈波纹状卷曲，分生孢子产量减少，孢子变短，分生孢子分隔减少；野生型和回补菌株菌丝融合发生非常普遍，在相同条件下ΔFpAtg3的菌丝融合率和孢子融合芽管调控的融合率均明显降低；ΔFpAtg3侵染大麦叶片和小麦胚芽鞘造成的病斑较野生型和回补菌株侵染的病斑明显减小，盆栽试验进一步验证ΔFpAtg3的致病力降低；与野生型和回补菌株相比，ΔFpAtg3在刚果红、SDS和过氧化氢胁迫中的耐受性降低。【结论】自噬相关基因FpAtg3参与假禾谷镰孢的菌丝生长、分生孢子产生、菌丝融合、致病力以及对非生物胁迫的耐受性。

关键词：小麦茎基腐病假禾谷镰孢 Atg3 菌丝融合致病力

磷肥施用方式对黄淮地区夏玉米土壤磷素有效性及产量的影响

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华北农学报 2024年第1期39卷 127-134页

作者：窦航宇阮毅好张颖蕾宋苗苗张义涵杨留洋杨青华王浩河南农业大学农学院省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室河南省粮食协同创新中心河南郑州450002

为探究黄淮地区适宜的磷肥施用方式,通过开展大田试验对4种磷肥施用方式(常规撒施(P1)、分层施(P2)、条施(P3)、穴施(P4))下玉米不同生育时期干物质积累量、根系形态指标、不同土层土壤速效磷含量及磷酸酶活性、玉米产量及其构成因素进... 详细信息

为探究黄淮地区适宜的磷肥施用方式,通过开展大田试验对4种磷肥施用方式(常规撒施(P1)、分层施(P2)、条施(P3)、穴施(P4))下玉米不同生育时期干物质积累量、根系形态指标、不同土层土壤速效磷含量及磷酸酶活性、玉米产量及其构成因素进行测定分析。结果表明,不同施磷方式下,P2、P4处理的穗长和行粒数较P1处理显著提高22.57%,16.81%和15.19%,7.60%,P2、P3、P4处理穗粒数较P1处理分别显著提高25.26%,13.86%,17.00%,但P2处理单位面积穗数较P1处理显著降低15.30%,最终P2、P4处理产量较P1分别显著提高15.20%,10.79%。根系性状中,施磷方式显著影响了根长、根表面积、根体积、根尖数,其中P2和P4处理的根长较P1处理显著提高30.41%,33.75%;P2处理根表面积相较于P1处理显著提高23.77%,P4处理根表面积相较于P1和P3处理显著提高29.60%,21.70%;P2和P4处理下的根体积和根尖数较P1和P3处理均显著提高。对土壤速效磷含量分析表明,三叶期10~20 cm的土层中,P2和P4处理速效磷含量较P1显著提高;成熟期,0~20 cm土层中P2、P3、P4处理土壤速效磷含量较P1处理发生不同程度降低,20~30 cm土层中P4处理较P1处理发生显著降低。相关性分析表明,三叶期10~20 cm土层中酸性磷酸酶活性与土壤速效磷含量呈显著正相关,P2和P4处理在该土层下酸性磷酸酶活性和土壤速效磷含量均较高,有利于土壤中的磷素转化为玉米可吸收态。综上所述,磷肥分层施和穴施较传统撒施能提高玉米生育前期土壤中磷素有效性,促进根系生长发育,进而提高夏玉米产量,为黄淮地区较适宜的玉米磷肥施用方式。

关键词：玉米磷肥施用方式产量速效磷根系磷酸酶

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复合菌发酵对非油炸方便面品质的影响

食品科学 2024年第5期45卷 210-216页

作者：张伟峰黄泽华王玉坤张剑赵萌萌崔晚晚安艳霞殷贵鸿周朋辉赵阳河南农业大学食品科学技术学院河南郑州450002 河南工业大学粮油食品工程学院河南郑州450001 农业农村部大宗粮食加工重点实验室河南郑州450002 白象食品股份有限公司河南郑州451100 河南农业大学农学院省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室河南粮食作物协同创新中心河南郑州450046

通过酵母菌、保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌发酵制备非油炸方便面,通过复水测试、质构分析、电子鼻分析、扫描电子显微镜观察等探讨复合菌发酵工艺对非油炸方便面品质的影响。结果表明,酵母菌主要对样品的复水性和质构产生影响,保加利亚... 详细信息

通过酵母菌、保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌发酵制备非油炸方便面,通过复水测试、质构分析、电子鼻分析、扫描电子显微镜观察等探讨复合菌发酵工艺对非油炸方便面品质的影响。结果表明,酵母菌主要对样品的复水性和质构产生影响,保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌主要对风味起到改善作用。一次发酵工艺有利于维持非油炸方便面的耐泡性,二次发酵工艺有利于改善复水性和风味。经过二次发酵,非油炸方便面的最佳复水时间可缩短到4.0 min,复水后样品的R(2)、R(7)的响应值高达2.8和2.9。由扫描电子显微镜观测结果可知,复合菌发酵能够赋予非油炸方便面疏松多孔的内部结构,其中二次发酵样品的孔隙分布更为均匀。综合评价非油炸方便面的品质,一次发酵、二次发酵工艺中复合菌的适宜添加量均为1.5%酵母菌+0.075%保加利亚乳杆菌+0.075%嗜热链球菌。

关键词：复合菌发酵非油炸方便面复水性风味

小麦3种锈菌PCWDEs家族基因鉴定及表达分析

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中国农业大学学报 2024年第4期29卷 113-127页

作者：吴珂妍千慧敏赵俊溢李闯路亚南邢国珍刘娜郑文明河南农业大学生命科学学院郑州450002 省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室郑州450002

为挖掘小麦锈菌侵染过程中发挥关键作用的植物细胞壁降解酶(Plant cell wall-degrading enzymes,PCWDEs)基因,通过生物信息学方法对小麦3种锈菌(叶锈菌、条锈菌和秆锈菌)基因组中的碳水化合物活性酶(Carbohydrate-active enzymes, CAZym... 详细信息

为挖掘小麦锈菌侵染过程中发挥关键作用的植物细胞壁降解酶(Plant cell wall-degrading enzymes,PCWDEs)基因,通过生物信息学方法对小麦3种锈菌(叶锈菌、条锈菌和秆锈菌)基因组中的碳水化合物活性酶(Carbohydrate-active enzymes, CAZymes)进行预测分析,在此基础上对其中的PCWDEs基因家族进行全基因组范围的筛选鉴定,并利用qRT-PCR方法对叶锈菌PCWDEs家族成员在侵染过程中的转录水平进行了检测分析。结果表明:1)小麦叶锈菌、条锈菌和秆锈菌基因组分别编码355、322和345个CAZymes家族成员基因以及160、153和158个PCWDEs基因;小麦3种锈菌共含75个保守CAZymes基因亚家族和94个PCWDEs直系同源基因簇。2)16个叶锈菌特异性PCWDEs基因在亲和(Pt15-‘中国春’)/非亲和(Pt15-‘云麦34’)互作过程中均受到不同程度的诱导表达,但非亲和互作中在侵染更早期就已受到诱导上调表达。3)叶锈菌特异性PCWDEs基因簇中有4个PCWDEs被鉴定为类扩展蛋白,其在侵染过程中受到诱导表达,说明类扩展蛋白可能在降解纤维素突破侵染屏障中发挥重要作用。综上,在小麦3种锈菌全基因组范围鉴定了PCWDEs基因,初步明确部分基因在锈菌侵染过程中的表达模式,PCWDEs可能在小麦锈菌致病过程中发挥重要作用。

关键词：小麦锈菌 PCWDEs 生物信息学分析 qRT-PCR 侵染机制

外源锌对镉胁迫下玉米幼苗生长及根系构型分级的影响

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环境科学 2024年第2期45卷 1128-1140页

作者：张辉红魏畅柳海涛张静静刘芳赵颖张雪海李鸽子姜瑛河南农业大学资源与环境学院郑州450046 河南农业大学农学院省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室郑州450046 河南农业大学国家小麦工程技术研究中心郑州450046

为探究不同浓度锌(Zn)对镉(Cd)胁迫条件下玉米幼苗生长及根系构型分级的影响,通过水培试验,以玉米品种郑单958为试验材料,研究Cd胁迫条件下(50μmol·L^(-1)),外源施加不同浓度Zn(0、10、25、50、100、200和400μmol·L^(-1))对玉米幼... 详细信息

为探究不同浓度锌(Zn)对镉(Cd)胁迫条件下玉米幼苗生长及根系构型分级的影响,通过水培试验,以玉米品种郑单958为试验材料,研究Cd胁迫条件下(50μmol·L^(-1)),外源施加不同浓度Zn(0、10、25、50、100、200和400μmol·L^(-1))对玉米幼苗生长、根系构型及其分级特征、Cd含量及根系Cd吸收能力、光合系统的影响,并通过主成分分析和隶属函数法进行综合评价.结果表明,50μmol·L^(-1)Cd胁迫对玉米幼苗具有明显的毒害作用,使叶绿素含量和光合参数显著降低,主根长、株高、生物量、根分枝数和根尖数,包括Ⅰ~Ⅲ级径级区间的根长、根表面积及Ⅰ~Ⅱ级径级区间的根体积显著下降,阻碍了玉米幼苗的正常生长发育.施用100μmol·L^(-1)和200μmol·L^(-1)Zn与不施Zn相比,降低了玉米幼苗对Cd的吸收,显著降低了Cd含量和Cd吸收效率,缓解了对玉米幼苗的毒害作用,使地上地下部鲜重、地上部干重、地上地下部耐受指数和根分枝数均显著升高;显著增强了玉米幼苗的光合作用,促使幼苗光合速率和总叶绿素含量显著升高;Ⅰ级径级区间的RL、Ⅰ~Ⅱ级径级区间的SA和RV在100μmol·L^(-1)Zn时达到最大,Ⅲ级径级区间的RL、SA和RV在200μmol·L^(-1)Zn时达到最大,均显著高于不施Zn处理;玉米幼苗生长耐受性综合评价表明,100μmol·L^(-1)和200μmol·L^(-1)Zn缓解Cd毒害作用效果较好.综合分析可知,施加适宜浓度的Zn可以降低玉米幼苗植株内Cd含量、根系Cd吸收能力及Cd吸收效率,提高玉米幼苗生物量的积累,减轻Cd毒害对根系构型的影响,减少对光合系统的影响,提高玉米幼苗对Cd的耐受性.

关键词：玉米镉(Cd) 锌(Zn) 生理参数根系构型分级

转录因子NbMYB1R1通过促进活性氧积累抑制病毒侵染

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中国农业科学 2024年第8期57卷 1490-1505页

作者：姜兴林于连伟付涵艾妞崔荧钧李好海夏子豪袁虹霞李洪连杨雪施艳河南农业大学植物保护学院河南省植物保护新技术推广协会河南省植物保护检疫站沈阳农业大学植物保护学院河南省粮食作物协同创新中心小麦玉米作物学国家重点实验室河南农业大学作物学博士后流动站

【背景】黄瓜绿斑驳花叶病毒（cucumber green mottle mosaic virus,CGMMV）是我国重要的检疫性植物病毒，严重降低了世界范围内蔬菜以及瓜类的产量。MYB蛋白家族庞大，功能多样，存在于所有真核生物中。大多数MYB作为转录因子控制植物... 详细信息

【背景】黄瓜绿斑驳花叶病毒（cucumber green mottle mosaic virus,CGMMV）是我国重要的检疫性植物病毒，严重降低了世界范围内蔬菜以及瓜类的产量。MYB蛋白家族庞大，功能多样，存在于所有真核生物中。大多数MYB作为转录因子控制植物的发育和代谢，并对植物应对生物和非生物胁迫反应起重要的调控作用。前期研究显示CGMMV侵染后可以显著上调寄主转录因子基因NbMYB1R1的表达。【目的】明确NbMYB1R1参与CGMMV侵染的机制，为CGMMV病害防控提供理论依据。【方法】运用MEGA 7.0构建系统进化树，对NbMYB1R1的氨基酸序列进行系统进化分析；通过构建NbMYB1R1的荧光表达载体，转化GV3101农杆菌后浸润本氏烟叶片，激光共聚焦显微镜观察其亚细胞定位；利用qRT-PCR技术分析NbMYB1R1在CGMMV侵染不同时期的转录水平及NbMYB1R1沉默烟草植株中活性氧（reactive oxygen species,ROS）相关基因的转录变化；通过沉默NbMYB1R1及下游调控基因NbAOX1a和NbAOX1b，分析NbMYB1R1及下游调控基因NbAOX1a和NbAOX1b在CGMMV侵染过程中的作用；瞬时过表达NbMYB1R1和NbMYB1R1关键氨基酸突变体，分析NbMYB1R1对CGMMV侵染的影响；使用台盼蓝染色以及DAB染色观察瞬时过表达NbMYB1R1造成的细胞死亡是否与程序性细胞死亡（programmed cell death,PCD）以及ROS的积累有关；运用酵母双杂交技术验证NbMYB1R1是否与CGMMV相关蛋白互作。【结果】系统进化树分析表明，NbMYB1R1属于1R MYB大类并与多种烟草的MYB转录因子同源性极高；亚细胞定位结果显示NbMYB1R1定位于细胞核；在CGMMV侵染的烟草植株中，NbMYB1R1的转录水平对比健康植株有明显变化，在CGMMV侵染8、12 d时NbMYB1R1的转录水平显著上调；在沉默内源基因NbMYB1R1的植株上接种CGMMV,3 d后NbMYB1R1沉默植株系统叶出现斑驳、卷曲症状，而对照植株在3.5 d时才出现症状；同时CGMMV CP mRNA水平和蛋白水平检测结果也表明沉默NbMYB1R1可以有效促进CGMMV的积累；在本氏烟叶片瞬时过表达NbMYB1R1及其突变体3 d时检测CGMMV蛋白水平表达量，结果显示过表达NbMYB1R1可以有效抑制CGMMV的侵染，DNA结合结构域缺失后会减轻NbMYB1R1对CGMMV的抑制；台盼蓝和DAB染色结果表明，在瞬时过表达NbMYB1R1蛋白后导致ROS积累并引起细胞死亡；在沉默内源基因NbMYB1R1的植株叶片上检测ROS相关基因的转录水平，发现交替氧化酶基因AOX1a、AOX1b转录水平显著上调；在沉默内源基因NbAOX1a和NbAOX1b的植株上接种CGMMV,4 d后NbAOX1a和NbAOX1b沉默植株系统叶出现斑驳、卷曲症状，而对照植株在3.5 d时就出现症状；同时CGMMV CP mRNA水平和蛋白水平检测结果也表明沉默NbAOX1a和NbAOX1b可以有效抑制CGMMV的积累；酵母双杂交结果显示NbMYB1R1不与CGMMV编码蛋白直接相互作用。【结论】随着CGMMV侵染，防御相关基因NbMYB1R1表达上调，从而抑制下游基因AOX1a、AOX1b的表达并激活细胞内产生ROS抑制病毒侵染，但NbMYB1R1不是通过与CGMMV病毒蛋白直接互作而产生此作用。由此可见，NbMYB1R1在CGMMV侵染过程中发挥了重要作用。

关键词：黄瓜绿斑驳花叶病毒 Nb MYB1R1 转录因子致病机制活性氧

低温胁迫及灌水对不同抗低温小麦品种根系生长和活性的影响

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麦类作物学报 2024年第10期44卷 1315-1323页

作者：张烁李向东靳海洋周苏玫胡乃月贺德先杨习文河南农业大学农学院/国家小麦工程技术研究中心/省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室/河南粮食作物协同创新中心河南郑州450046 河南省农业科学院河南郑州450099

为了解春季低温胁迫下小麦根系形态性状和生理功能的变化及其与品种抗低温能力的关系,同时明确低温灾害来临前灌水对小麦根系伤害的缓解效应,采用室外盆栽方式,以强抗低温品种百农207和弱抗低温品种周麦18为材料,研究了不同抗低温小麦... 详细信息

为了解春季低温胁迫下小麦根系形态性状和生理功能的变化及其与品种抗低温能力的关系,同时明确低温灾害来临前灌水对小麦根系伤害的缓解效应,采用室外盆栽方式,以强抗低温品种百农207和弱抗低温品种周麦18为材料,研究了不同抗低温小麦品种的根系生长发育特征及灌水对低温胁迫的缓解效应。结果表明,拔节期低温胁迫(T1)处理下,小麦单株总根长、根体积、根干重和根系活力随生育期的推进均呈先升后降的变化趋势,单株次生根数呈下降趋势;孕穗期T1处理下,单株总根长、根体积、次生根数和根干重均呈下降趋势,根系活力呈上升趋势。拔节期和孕穗期T1处理下,强抗低温品种百农207的根系性状变化幅度较小,单株次生根数、根系活力和产量均显著高于弱抗低温品种周麦18。相对于T1处理,灌水+低温胁迫(T2)处理下单株次生根数增加,其中弱抗低温品种周麦18变化显著。经相关分析、多元逐步回归和通径分析,春季T1处理下,抗低温品种具有较高的单株次生根数和根系活力,其中拔节期和孕穗期的T1处理下孕穗期根系活力、开花期单株根干重及孕穗期单株次生根数对产量贡献较大,T2处理下孕穗期和蜡熟期的单株次生根数贡献较大。综合来看,春季低温胁迫下,较高的根系活力和单株次生根数对小麦产量具有重要作用,而低温胁迫前灌水主要通过提高小麦生育后期的单株次生根数而增加产量。

关键词：小麦春季低温抗低温品种灌水根系形态数量性状根系活力

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小麦类硫素基因家族鉴定及表达分析

浙江农业学报 2024年第4期36卷 729-737页

作者：李晶晶李闯路亚南郑文明河南护理职业学院河南安阳455000 河南农业大学生命科学学院小麦玉米作物学国家重点实验室河南郑州450046

类硫素(thionin-like,Thil)在植物应对病原微生物侵染的防御反应中具有重要生物学功能。本研究通过拟南芥(Arabidopsis thaliana)的Thil基因序列,利用同源搜寻及生物信息学方法初步鉴定到普通小麦(Triticum aestivum L.)的Thil基因家族... 详细信息

类硫素(thionin-like,Thil)在植物应对病原微生物侵染的防御反应中具有重要生物学功能。本研究通过拟南芥(Arabidopsis thaliana)的Thil基因序列,利用同源搜寻及生物信息学方法初步鉴定到普通小麦(Triticum aestivum L.)的Thil基因家族。结果表明,Thil基因家族在普通小麦中包含26个成员。基因序列结构分析得到Thil家族存在保守的基序结构,家族各成员基因编码的蛋白质序列包含79~196个氨基酸,大部分蛋白质的氨基酸数量少于140,其中20个蛋白质包含信号肽。顺式作用元件预测分析结果显示,小麦Thil基因的启动子调控元件受到脱落酸等逆境胁迫相应激素的影响,同时基因表达谱呈现出受到病原菌胁迫诱导后的多样性表达。通过进一步qRT-PCR验证分析表明,普通小麦的TaThil-4A、TaThil-4B和TaThil-4D等3个基因在叶锈病菌早期侵染中被诱导表达。本研究结果可为小麦抗病育种及Thil基因家族的功能鉴定与应用提供参考。

关键词：小麦类硫素抗病叶锈菌

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假禾谷镰孢GATA转录因子的鉴定及FpGATA5的功能分析

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华北农学报 2024年第05期 204-211页

作者：张时雨赵培怡刘敏朱文亭彭梦雅施艳杨雪李洪连陈琳琳河南农业大学植物保护学院省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室

GATA转录因子在调控植物病原真菌菌丝生长、产孢、孢子萌发和致病性等过程中具有重要作用。为探究GATA转录因子在假禾谷镰孢致病过程中的功能，基于同源检索和蛋白质结构域鉴定方法，在假禾谷镰孢基因组中鉴定到7个GATA转录因子编码基... 详细信息

GATA转录因子在调控植物病原真菌菌丝生长、产孢、孢子萌发和致病性等过程中具有重要作用。为探究GATA转录因子在假禾谷镰孢致病过程中的功能，基于同源检索和蛋白质结构域鉴定方法，在假禾谷镰孢基因组中鉴定到7个GATA转录因子编码基因，分别命名为FpGATA1～FpGATA7。FpGATA基因长度为614～3 155 bp,含有1～3个内含子。FpGATA蛋白均含有保守的GATA结构域，等电点显示FpGATA多为碱性。采用实时荧光定量PCR分析FpGATA在假禾谷镰孢不同侵染阶段的相对表达量，发现FpGATA1、FpGATA4、FpGATA5、FpGATA6和FpGATA7在侵染早期诱导表达，FpGATA2在侵染后期表达量升高。利用真菌遗传转化方法获得假禾谷镰孢FpGATA5缺失的突变体，表型分析发现，与野生型相比，FpGATA5缺失突变体的菌丝生长速率和分生孢子产量均明显下降，接种大麦叶片和小麦胚芽鞘的致病力显著降低。综合上述结果，多个FpGATA基因的表达响应假禾谷镰孢的致病过程，且FpGATA5参与病原菌的生长、产孢和致病。

关键词：小麦茎基腐病假禾谷镰孢 GATA转录因子基因表达致病力