Flg22是革兰氏阴性细菌鞭毛蛋白N端的一段保守性极高的区域,植物可以通过识别该区域来激活下游多种防御性反应,并且flg22具有比细菌鞭毛蛋白更强的活性。因而在植物抗病机理的研究中,flg22通常代替鞭毛蛋白模拟细菌病原菌对植物进行刺激。Flg22诱导的植物防御性反应通常体现在防御基因在转录组水平上的变化,为了全面了解植物在受到细菌性病原菌侵害后的系统响应,我们对flg22处理后的拟南芥转录组进行了全面的分析。为今后深入研究植物对细菌性病原菌的抗病机理及网络代谢调控提供丰富的数据平台。芥子油苷又称硫代葡萄糖苷(glucosinolate,GS),是一类由氨基酸合成的巯基糖苷类植物次生代谢产物,广泛存在于模式植物拟南芥等十字花科植物。芥子油苷在植物防御病原菌反应中起到重要作用,因此着重对芥子油苷代谢途径在flg22诱导后产生的变化进行了深入研究。本研究采用Illumina Hiseq2000技术,以野生型拟南芥为材料,对flg22处理和未处理的拟南芥幼苗进行转录组测序,测序得到处理组及未处理组的高质量读段数分别为52202996和45250494条,能够比对到拟南芥基因组上的读段都达到了94%以上,基本覆盖了整个拟南芥基因组。将高质量读段定位到基因组上,对照组和处理组分别定位出22538、22891个基因,共有23413个基因,并且这些基因主要活跃在1号染色体上,其次是3号和5号染色体。这些基因中有232·29个基因具有GO注释,涵盖拟南芥五条染色体上的基因和线粒体染色体上的基因,6778个基因具有KEGG注释,且这些基因都定位在五条染色体上。进一步对基因UTR区域进行优化,共有21805个基因得到了优化,大大丰富了拟南芥基因数据库。随后,对两组数据进行差异表达分析,共获得1200个差异表达基因,包括290个下调基因和910个上调基因。对差异表达基因进行GO富集分析和KEGG pathway富集分析,结果显示,flg22处理后,拟南芥在能量代谢、氨基酸代谢及次生代谢产物的生物合成等方面产生了巨大变化。Flg22处理后,吲哚族芥子油苷合成途径的基因表达水平显著提高,而脂肪族芥子油苷代谢途径关键基因表达量几乎没有变化,进一步对吲哚族芥子油苷合成途径的关键酶基因进行Real Time RT-PCR的分析,验证了测序结果的正确性,同时证明了吲哚族芥子油苷在植物抗病防御反应中的重要作用。MYB51是吲哚族芥子油苷代谢途径重要的转录因子,调控吲哚族芥子油苷代谢途径,在植物天然免疫调控反应中必不可少。因此,为深入研究MYB51在植物受到flg22处理前后芥子油苷代谢途径中的调控作用,本研究又对flg22处理及未处理myb51植株分别进行了高通量测序,并将野生型植株与myb51植株及flg22处理的野生型植株与flg22处理的myb51植株数据分别进行了比对。结果表明,野生型植株与myb51植株共检测出差异表达基因681个；flg22处理的野生型植株与flg22处理的myb51植株共检测出差异表达基因646个。其中只与MYB51相关的基因为77个,其GO富集分析发现基因主要富集在对碳水化合物刺激的应答,蛋白质泛素化、免疫应答过程等功能组中。569个基因既参与病原菌防御反应又与MYB51相关,对这些基因进行了KEGG通路分析,差异表达基因集中在能量代谢、氨基酸代谢及次生代谢产物合成过程等途径。进一步研究MYB51缺失后拟南芥受到flg22处理及未处理的芥子油苷代谢变化情况,发现flg22未处理的野生型与myb51植株中的吲哚族芥子油苷合成基因表达量并没有明显的差异变化；在flg22处理的myb51植株中,吲哚族芥子油苷合成过程中的关键基因的表达量相较于flg22处理的野生型植株上升幅度明显减小,而吲哚族芥子油苷修饰过程的基因相较于flg22处理的野生型表达量上调幅度更大。同时发现在flg22处理的MYB51植株中脂肪族芥子油苷合成基因的表达量明显低于flg22处理的野生型植株的表达量。在正常的环境下,MYB51缺失并没有影响到吲哚族芥子油苷合成途径中基因的表达量；受到flg22处理后的情况下,MYB51主要正向调控调控吲哚族芥子油苷合成途径,但不会正向调控修饰途径的基因,同时MYB51的缺失还会影响脂肪族芥子油苷合成基因的表达量。本实验为深入理解病原菌诱导的植物防御性反应及吲哚族芥子油苷的抗病机制提供了大量参考数据。