小麦赤霉病（Fusarium head blight,FHB）是一种主要由禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）和亚洲镰刀菌（F. asiaticum）引起的破坏性小麦病害。气候变暖增加了小麦开花期高温事件的频率，但赤霉病病原菌高温适应的分子机制尚未完全阐明。2026年4月30日，四川农业大学小麦研究所魏育明教授和张亚洲博士团队通过整合生态学、转录组学和功能学方法，探讨了差异基因表达如何促进高温适应，及其与致病性和繁殖的互作机制。相关研究成果以“Differential gene expression to heat stress drives thermotolerance, pathogenicity, and reproduction in Fusarium head blight pathogens: from transcriptomic profiling to functional validation”为题发表于《BMC Plant Biology》期刊。
 

标题：Differential gene expression to heat stress drives thermotolerance, pathogenicity, and reproduction in Fusarium head blight pathogens: from transcriptomic profiling to functional validation（高温胁迫下的差异基因表达促进小麦赤霉病病原菌的高温抗性、致病性与繁殖：从转录组分析到功能验证）
发表时间：2026年4月30日
发表期刊：BMC Plant Biology
影响因子：IF5.6/Q2
技术平台：RNA-seq
作者单位：四川农业大学
DOI:10.1186/s12870-026-08894-z

本研究首先在田间实验中鉴定出能够在34℃下生长的自然菌株。随后通过比较转录组学揭示其在高温胁迫的基因表达差异显著，并在氧化还原过程和跨膜转运过程显著富集。功能验证鉴定出两个关键的差异表达基因：FgABCF3（编码ABC转运蛋白）和FgSSB1（编码热休克蛋白）。敲除其中任何一个基因都会减缓菌株在34℃下的生长，降低致病性并破坏有性生殖（高温胁迫下更显著）；而过表达则恢复其野生型表型。这两个基因在高温抗性菌株中均显著上调，证实其在高温适应中的功能。

本研究结果表明基因表达差异在赤霉病病原菌的高温适应中起着关键作用，且与致病性和繁殖变化相关。研究结果推动了对病原菌在气候变暖条件下进化的理解，并突出了开发气候适应性病害管理策略的潜在靶点。

结果图形
（1）镰刀菌高温适应性分析
研究首先以标准菌株PH-1为对照，发现其在25℃以上生长逐渐受抑，34℃时生长严重受限。随后对521株田间分离株进行34℃胁迫测试，结果显示：亚洲镰刀菌中12%（43/358）表现为Level 1或Level 2高温抵抗型；禾谷镰刀菌中9%（13/143）表现为高温抵抗型。地理分布分析表明，除凉山彝族自治州外，高温抗性菌株（Level 2）主要分布在四川东北部主要麦区，如巴中、达州、南充等地，这些区域小麦开花期温度高达32–36℃。该结果直接证明四川FHB病原菌具有高温适应力，其分布与高温生态区域高度吻合。
 

图1：四川省小麦赤霉病病原菌高温适应性分析

图2：禾谷镰刀菌和亚洲镰刀菌在高温胁迫下的转录组学分析。

1. 基于基因表达谱的PCA主成分分析。
2. 基于所有表达基因的样本层次聚类。
3. 显著差异表达基因（DEGs）的热图。
4. PH_34 vs. PH_25比较组中DEGs的GO富集分布。
5. Lz333_34 vs. Lz26_34比较组中DEGs的GO富集分布。
6. Lz333_34 vs. PH_34比较组中DEGs的GO富集分布。
7. PH_34 vs. PH_25比较组中DEGs的KEGG通路富集分布。
8. Lz333_34 vs. Lz26_34比较组中DEGs的KEGG通路富集分布。
9. Lz333_34 vs. PH_34比较组中DEGs的KEGG通路富集分布。
10. PH_34 vs. PH_25、Lz333_34 vs. Lz26_34、Lz333_34 vs. PH_34三个比较组DEGs维恩图分析。
11. 选定DEGs的qPCR验证。

图3：FgABCF3在镰刀菌高温适应中的功能验证。

1. PH-1、ΔFgABCF3、C-FgABCF3和OE-FgABCF3在所示温度下生长5天的菌落形态。
2. 对（A）中菌丝生长速率的定量分析。
3. 在开花期用各菌株1×105个分生孢子接种后10天（dpi）小麦穗部的病害症状。
4. 来自（C）的每穗病小穗百分比。每个处理评估20个麦穗。
5. 在接种后3天后通过定量PCR检测的小麦穗部真菌生物量。
6. 在Level 2和Level 1菌株中FgABCF3表达的qPCR分析。

图4：FgSSB1在镰刀菌高温适应中的功能鉴定。

1. 高温胁迫下差异表达的热休克蛋白基因热图。
2. PH-1、ΔFgSSB1、C-FgSSB1和OE-FgSSB1在指定温度下培养5天后的菌落形态。
3. 图（B）中菌丝生长速率的定量分析。
4. 在小麦开花期，以1×105个各菌株分生孢子接种后10天的小麦穗部病害症状。
5. 图（D）中每个麦穗的感染小穗百分比。
6. 接种后3天，通过定量PCR检测的小麦穗部真菌生物量。
7. FgSSB1在Level 2和Level 1菌株中表达的qPCR分析。

图5：FgABCF3和FgSSB1缺失对禾谷镰刀菌有性生殖及非生物胁迫耐受性的影响。

1. PH-1、ΔFgABCF3和ΔFgSSB1菌株的子囊壳及子囊孢子产生情况。
2. PH-1、ΔFgABCF3和ΔFgSSB1菌株对多种非生物胁迫的敏感性。