杨树无论在国土绿化、农田防护林建设,还是在工业用材林建设方面都占据着越来越重要的地位,然而,随着二氧化碳等温室气体的大量排放,气温上升成为全球气候变化的主要特征。在各种环境条件下如高温、干旱的共同作用下,以杨树溃疡病为代表的水分相关病害的发生愈加频繁和严重。因此,本文以杨树溃疡病发生的水分生理学机制为研究对象,拟通过溃疡病菌处理下,杨树枝干水力学特征、可溶性糖含量,杨树水通道蛋白基因表达比较分析,以及转录组测序分析,初步揭示杨树溃疡病发生发展与水力学机制变化的关系。主要研究结果如下:1.溃疡病菌作用下,杨树枝干水力学特征:枝条水导损失率分析表明,溃疡病菌处理初期杨树水分运输功能下降,此后随着时间延长,杨树水分疏导功能逐渐得到修复。溃疡病菌接种可以显著降低北京杨叶片水势,在处理初期(接种后3 d、5d)提高杨树枝条顶端水势。初步实验表明,溃疡病菌接种可能不会显著改变杨树枝干木质部、韧皮部渗透势以及根部渗透势。2.杨树木质部、韧皮部的可溶性糖及淀粉含量:研究结果显示溃疡病菌处理对杨树枝干木质部可溶性糖含量没有显著影响,但是可以增加韧皮部可溶性糖含量。溃疡病菌处理降低木质部、韧皮部以及根部淀粉含量的原因不明。另外,本研究结果还揭示出了可溶性糖在杨树枝干木质部及韧皮部组织中的垂直分布现象。3.通过实时定量PCR方法,检测杨树木质部、韧皮部水通道蛋白基因的表达活性。结果表明,PIP基因家族基因在溃疡病菌胁迫处理的杨树木质部组织整体呈现下调表达的特征,但也有少数基因在特定时间显著上调表达。如PIP1;5、PIP2;4和PIP2;8在接种第11 d表达上调,其中基因PIP2;8表达量最大,约为对照的13倍。韧皮部薄壁细胞水通道蛋白基因表达特征与木质部基因不同,接种第3 d部分基因表达受抑制,如PIP1;1,部分基因受病菌诱导,表达上调,如PIP1;2;所有12个PIPs基因在处理后第7 d抑制表达,其中,基因PIP2;8表达量仅为对照的0.22倍;大部分基因第11 d时受病菌诱导,表达量增加,其中基因PIP2;2上调最多,表达量约为对照的7倍。4.干旱-溃疡病菌毒素相互作用下,北京杨枝干基因表达检测体系的建立及水通道蛋白活性基因的表达:通过对北京杨管家基因表达稳定性的分析,发现不同管家基因的表达稳定性不同,TUB、UBQ、EIF4β-L、CYP、EF1α2表达稳定性最高,而ACT2和ACT11稳定性最差。通过管家基因的配对稳定性分析,确定TUB、EIF4β-L和UBQ为干旱胁迫-溃疡病菌胁迫下基因表达检测的最优内参基因组合。水通道蛋白基因响应干旱及溃疡病菌胁迫的方式并不相同,结果显示这两种胁迫对杨树水分代谢的影响机制并不相同;干旱-溃疡病菌双重作用下,PIP1;1、PIP1;3、PIP1;5、PIP2;4、PIP2;7等5个基因的表达显著高于干旱、溃疡病菌两种胁迫的单独作用,说明这两种环境胁迫对水通道蛋白基因表达具有一定的协同作用。5.本研究利用Hi Seq2500对接种第3 d北京杨枝干韧皮部、木质部进行高通量转录组测序分析。每个样品至少识别出17,919,220以上的Uniq Mapped reads,206,508个以上的SNP位点以及3,981个以上的可变剪接位点。四个样品中共发现新基因104个,其中75个得到功能注释。生物信息学分析结果显示,真菌处理诱导北京杨韧皮部1,042个基因发生差异表达,其中618个上调表达;真菌处理诱导木质部2,382个基因发生差异表达,其中815个上调表达。通过对差异表达基因的GO富集层次分析,发现杨树溃疡病发生与葡聚糖外切β-1,3-糖苷酶和β-L-阿拉伯糖苷酶等相关基因具有相关性。KEGG注释结果说明溃疡病菌侵染启动了植物-病原菌互作、光合作用中大量相关基因的表达。