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稻瘟菌是半活体寄生真菌,其侵染进程与玉米炭疽菌相似,鉴定稻瘟菌侵染进程及解析侵染进程中的水稻防御响应,可深入揭示稻瘟菌与水稻互作机制。本文借鉴玉米炭疽菌侵染进程的鉴定方法,对稻瘟菌侵染抗病水稻(月亮谷)/感病水稻(丽江新团黑谷)的侵染进程进行鉴定;对侵染进程中活性氧(Reactive oxygen species,ROS)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)和茉莉酸(Jasmonic acid,JA)等防御化合物进行测定,同时利用外源茉莉酸处理稻瘟菌侵染的水稻。在此基础上,RNA-seq分析稻瘟菌与抗病水稻/感病水稻互作三个时期的差异表达基因,重点关注关键通路上的基因。主要研究结果如下:1、稻瘟菌侵染进程的鉴定。首先,显微观察发现稻瘟菌侵染月亮谷36 hpi(hour post inoculation)时,初生菌丝长满侵入的第一个细胞,且初生菌丝尖端长出细的不规则的次生菌丝,而稻瘟菌侵染丽江新团黑谷48 hpi时,初生菌丝尖端才长出细的次生菌丝。其次,稻瘟菌侵染水稻症状观察。稻瘟菌侵染月亮谷36 hpi时,叶片出现水渍状,而稻瘟菌侵染丽江新团黑谷48 hpi时,叶片出现水渍状。最后,稻瘟菌侵染月亮谷36 hpi时,BAS4(biotrophy-associate secreted protein 4)表达量最大,Mo CDIP1(Magnaporthe oryzae cell death-inducing protein 1)在96 hpi时上调,至120 hpi时表达量最大,稻瘟菌侵染丽江新团黑谷48 hpi时,BAS4表达量最大,Mo CDIP1在96 hpi时上调,至120 hpi时最大。综上,稻瘟菌侵染月亮谷36 hpi时为活体营养期,48-72hpi为活体营养向死体营养转变,96 hpi进入死体营养期。稻瘟菌侵染丽江新团黑谷48 hpi时为活体营养期,72 hpi为活体营养向死体营养转变期,96 hpi进入死体营养期。2、稻瘟菌侵染水稻的防御化合物测定。ROS含量、水溶性木质素含量和POD活性在稻瘟菌侵染月亮谷活体营养期(36 hpi)显著增加,在稻瘟菌侵染丽江新团黑谷活体营养期则显著降低。稻瘟菌侵染月亮谷中的茉莉酸(JA)、水杨酸(Salicylic acid,SA)和乙烯(Ethylene,ET)合成前体1-氨基环丙烷-1-羧酸(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid,ACC)含量高于受侵染的丽江新团黑谷,抗生素生物合成单加氧酶基因(An antibiotic biosynthesis monooxygenase,Abm)在稻瘟菌侵染月亮谷中下调,而在稻瘟菌侵染丽江新团黑谷中上调,JA和SA在受侵染的抗病水稻月亮谷中是有活性的,在受侵染的感病水稻丽江新团黑谷中是没有活性的。因此,稻瘟菌侵染月亮谷活体营养期防御被激活,受侵染的丽江新团黑谷则相反。外源JA有效降低稻瘟菌侵染72 hpi时的丽江新团黑谷稻瘟病症状,外源JA对受侵染的月亮谷稻瘟病症状没有影响。3、JA、SA和ET合成/信号基因表达分析。稻瘟菌侵染月亮谷中,JA合成基因(Os LOX3,Os OPR1,Os HPL3,Os AOS2,Os JMT1,Os JAR1),JA信号基因(Os COI1a)和JA响应基因(Osb HLH35和JIOs PR10)上调,而JA抑制子(Os JAZ9)下调,JA防御响应被激活;稻瘟菌侵染丽江新团黑谷中,JA合成基因(Os HPL3,Os OPR7,Os JMT1,Os OPR1)、JA信号基因(Os COI1a)和JA响应基因(Osb HLH35和JIOs PR10)下调,JA抑制子(Os JAZ9)上调,JA防御响应被抑制。在稻瘟菌侵染月亮谷中,SA合成基因(Os ICS1)下调,SA受体基因(Os NPR1)和SA响应基因(Os PR1a)上调,SA防御响应激活;稻瘟菌侵染丽江新团黑谷中,SA合成基因(Os ICS1)下调,SA受体基因(Os NPR1)和SA响应基因(Os WRKY45)上调,SA防御响应激活。在稻瘟菌侵染月亮谷和丽江新团黑谷中,ET合成基因(Os ACS2)、ET响应基因(Os ERF1)和ET信号基因(Os EIL1)上调,即ET防御响应均被激活。综上,JA/SA/ET协同调控稻瘟菌侵染月亮谷中的防御响应;JA/SA/ET拮抗调控稻瘟菌侵染丽江新团黑谷中的防御响应。4、RNA-seq分析稻瘟菌侵染水稻中差异表达基因。月亮谷vs丽江新团黑谷组中,活体营养期检测到379个基因上调,402个基因下调;活体营养向死体营养转变(BNS)期检测到291个基因上调,268个基因下调;死体营养时期检测到506个基因上调,475个基因下调。同时发现,大量基因富集到激素信号途径,表明激素信号途径在稻瘟菌侵染两个水稻品种的抗瘟性差异中起到了关键作用。进一步对稻瘟菌侵染水稻中显著差异表达的所有b HLH家族基因进行分析,发现Os PIL1在月亮谷和丽江新团黑谷中显著差异表达,推测Os PIL1介导JA等激素信号途径参与调控水稻抗瘟性的分子调控机制。