谷子白发病是由禾生指梗霉(Sclerospora graminicola(Sacc.)Schroeter)引起的卵菌病害,在谷子整个生育阶段表现出不同的症状,发生严重时极大地降低谷子产量,严重制约我国谷子产业的发展。目前对谷子抗白发病机制的研究还不够深入,因此,本研究通过田间和温室接种对不同谷子进行抗白发病筛选,利用转录组测序技术对白发病菌侵染抗感谷子不同时期的转录模式分析,同时结合生理生化及寄主超微结构变化差异研究,初步阐释谷子抗白发病菌分子机制,为谷子抗病育种提供了理论依据。主要研究结果如下:1.通过采用卵孢子和谷粒拌种的方法摸索发病条件及对不同谷子品种进行抗病性鉴定。温室接种发现,种子与卵孢子的混合比例10:1,播深3~5 cm,人工控制小气候环境温度20℃,相对湿度(RH)55%左右的条件可确保发病;接着,调整湿度控制在90%左右,可使“灰背”症状大量发生。结合田间和温室接种鉴定,筛选出感病品种晋谷21和高抗品种GBS。2.采用不同预处理、光照、温度、土壤浸渍液、幼苗组织提取液和根渗液等多种方法摸索诱导卵孢子萌发的条件,发现卵孢子萌动的最优条件为NaClO处理、20℃、光暗交替、根渗液培养,可诱导卵孢子萌发。3.利用透射电镜对白发病菌侵染抗感谷子品种3叶期、5叶期和7叶期的超微结构观察发现,3叶期时,抗感品种细胞结构未见明显差异变化;5叶期时,感病品种晋谷21的叶肉细胞开始变形,叶绿体内部结构被破坏,类囊体排列疏松,基粒片层结构紊乱,出现囊泡,推测由病原菌分泌产生;而抗病品种GBS的细胞壁仍较为完整,仅见淀粉粒数目增加。7叶期时,感病品种叶绿体内嗜锇颗粒数量增多,叶绿体解体,细胞壁分解断裂,细胞器消失,吸器和卵孢子形成;而抗病品种的叶绿体基粒片层紊乱,叶绿体膜结构未受到影响。结果表明,抗病品种在整个侵染过程中细胞结构被破坏的表现时期明显滞后于感病品种。4.对抗感品种被白发菌侵染不同时期的细胞壁降解酶测定发现,在侵染前期(3~5叶期)Cx酶、PMG酶和PGTE酶活性逐渐升高,α-葡聚糖苷酶与β-1,3-葡聚糖酶在侵染后期(5~7叶期)活性快速升高,而β-G酶和PG酶活性在整个侵染过程(3~7叶期)一直保持上升趋势,推测细胞壁降解酶在白发病菌的入侵和致病过程中发挥重要作用。5.通过分析不同抗性谷子接种白发病菌后的生理生化变化发现,抗感谷子品种对白发病的抗性响应存在差异。白发病菌侵染可降低抗感谷子的形态指标和光合参数,引起谷子叶片防御酶活性、抗逆指标及渗透调节物质含量发生变化,但抗病谷子的形态指标和光合参数降幅较小,且防御酶活性和渗透调节物质含量较高。因此,株高、叶面积、叶绿素含量、净光合速率与POD、CAT、PAL及可溶性糖、脯氨酸含量可作为综合评价谷子对白发病抗性的参考指标。6.通过对抗感谷子接种白发病菌3叶期、5叶期和7叶期的转录组测序分析发现,抗病品种在3个时期分别有852、707和687个差异表达基因,感病品种有703、1387和1215个差异表达基因;通过差异基因表达模式、GO富集和KEGG代谢途径分析发现,苯丙烷类生物合成,苯丙氨酸代谢,角质、木栓碱和蜡生物合成等代谢途径发挥重要抗病调控作用。其中,编码4-香豆酸-辅酶A连接酶、过氧化物酶、β-葡萄糖苷酶、细胞色素P450、漆酶、几丁质酶、ABC转运蛋白、苯丙氨酸解氨酶、GDSL酯酶等基因在抗病品种被显著诱导表达,而在感病品种被抑制或表达量低于抗病品种,说明这些基因在抗感谷子与白发病菌互作过程发挥重要抗病作用。本研究确定了谷子白发病的接种方法,明确了白发病菌卵孢子的萌发条件,从组织学水平、生理生化角度和转录水平初步揭示谷子响应白发病菌侵染的分子机制,研究结果为谷子抗病辅助分子育种提供理论参考。