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由甘蔗鞭黑粉菌(Ustilago scitanminea Syd.)引起的甘蔗黑穗病是一种世界性重要甘蔗病害。我国于1932首次报道发现甘蔗黑穗病，现在该病害已对我国甘蔗糖业造成严重的影响。从分子水平上研究该病原菌遗传分化与检测技术及致病机理，不仅可为抗病育种、引种检疫及早期快速诊断提供理论基础和技术支撑，而且也可为发展新的防治技术提供新的靶标，以及有助于甘蔗鞭黑粉菌功能基因组研究。本论文主要研究内容：(1)甘蔗鞭黑粉菌遗传多样性研究；(2)建立甘蔗鞭黑粉菌分子快速检测技术；(3)甘蔗鞭黑粉菌致病相关基因鉴定，其主要发现如下：
1.应用ISSR和RAPD分子标记技术，对分离自我国华南蔗区16个不同甘蔗品种的35个甘蔗鞭黑粉菌交配型分离物进行遗传多样性研究，结果表明我国华南蔗区甘蔗鞭黑粉菌分子遗传多样性水平属中等，分子多样性与菌株地理来源之间具有一定的相关性，与甘蔗鞭黑粉菌的生理小种分化具有较高的相关性，而与菌株寄主来源相关性较小。从分子水平上证实我国华南蔗区存在新的甘蔗鞭黑粉菌生理小种(即小种3)，且为优势生理小种。
2.通过对甘蔗鞭黑粉菌ITS区序列比对及分析，设计出其特异引物SL1(5’CTAGGGCGGTGTTCAGAAGCAC3)及SR2(5CCACAGGTACTTTCGTGCACTG3’)，建立甘蔗鞭黑粉菌PCR快速检测技术。该引物能对甘蔗鞭黑粉菌菌株扩增出一条530 bp的特异条带，而作为对照的一组真菌和细菌菌株均无扩增产物，检测灵敏度为200fg甘蔗鞭黑粉菌基因组DNA(25μl反应体系)。以真菌通用引物ITS4/ITS5为第一轮引物，SL1/SR2为第二轮引物建立甘蔗鞭黑粉菌巢式PCR检测技术，检测灵敏度为20 ag甘蔗鞭黑粉菌基因组DNA(25μl反应体系)，较普通PCR提高1万倍。巢式PCR可检测出无黑穗病早期症状的甘蔗嫩叶上的甘蔗鞭黑粉菌。本研究建立的甘蔗鞭黑粉菌巢式PCR检测技术可用于甘蔗引种检疫及健康种苗生产等。
3.采用本实验室建立的根癌农杆菌介导转化方法(ATMT)对我国甘蔗鞭黑粉菌优势交配型担孢子WT7和WT2进行了大规模插入突变，共获得9985个转化子，构建了国际上首个甘蔗鞭黑粉菌T-DNA插入突变体库。通过多次重复有性配合，筛选得到16个配合明显减弱，甚至完全不配合的突变体；并对这16个配合缺陷突变体进行致病力测定，筛选得到15个致病力明显减弱、甚至完全不发病的突变体，其编号分别为A1、A2、A5、A6、A7、A8、A9、A13、B3、B8、B13、B18、B24、C1和C2。Southern杂交结果表明，除B3为T-DNA双拷贝插入突变体外，其余14个突变体均为T-DNA单拷贝插入突变体。
4.利用HiTail-PCR技术，获得了15个目标突变体T-DNA侧翼序列，并通过Blastn比对。15个目标突变体的侧翼序列，除突变体C2与玉米黑粉菌无同源性外，其余14个突变体的侧翼序列均与玉米黑粉菌(521菌株)基因组中假设蛋白编码基因的部分mRNA存在同源性，同源率变化范围为67％-94％。大部分同源基因编码的假设蛋白具有功能已知的保守结构域。其中，突变体A2与玉米黑粉菌基因组中假设蛋白编码基因UM03647.1的部分mRNA的同源率为85％(405/482)，该假设蛋白含有细胞色素b5超家族和脂肪酸羧化酶超家族两个保守域。A5与玉米黑粉菌基因组中假设蛋白编码基因UM02721.1的部分mRNA的同源率为74％(1019/1368)，该假设蛋白含阿拉伯糖-5-磷酸异构酶超家族保守结构域。A6与玉米黑粉菌基因组中假设蛋白编码基因UM0000350.1的部分mRNA的同源率为72％(159/219)，该假设蛋白含有细胞色素P450保守结构域。A7与玉米黑粉菌基因组中假设蛋白编码基因UM04909.1的部分mRNA的同源率为86％(159/184)，该假设蛋白含锌指保守结构域。A9与玉米黑粉菌基因组中假设蛋白编码基因UM00624.1的部分mRNA的同源率为85％(657/768)，该假设蛋白含有CDP-乙醇磷酸酰基转移酶保守结构域。B8与玉米黑粉菌基因组中假设蛋白编码基因UM05041.1的部分mRNA的同源率为94％(69/73)，该假设蛋白含有核糖体S3Ae(Ribosomal S3Ae)家族保守结构域。
5.进一步的研究获得了突变基因us-KpsF的全长序列，经RT-PCR检测突变体中该基因无表达，而野生型中能正常表达。互补后的配合及接种结果表明，该突变体的有性配合及致病能力得到了恢复，证明该基因的功能与致病性有关。该基因的生物学功能及致病性方面的作用尚需做进一步的研究。