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稻曲病是由子囊菌Ustilaginoidea virens引起的水稻穗部病害。该病害不仅严重降低水稻产量和品质,还因为其发病后在稻穗上形成的稻曲球含有大量毒素,对人畜健康构成威胁。目前国内外对水稻抗稻曲病遗传与抗性机理的研究很少。为了解水稻抗稻曲病的遗传基础,论文对具有稻曲病田间抗性的水稻品系MR183-2进行抗稻曲病QTL定位。首先,与四川农业大学合作,创建了 MR183-2与感病品种08R2394杂交组合的F2、F6和F7作图群体;其次,利用从约4200对SSR引物中筛选到160个多态性引物对这3个群体的基因型进行鉴定,通过Mapmaker/EXP.Version 3.0进行遗传图谱构建;另外,在自然发病的病谱里对08R2394与MR183-2杂交组合的F2群体和两个重组自交系F3和F7群体分别于不同年份进行抗病表型评价;随后,结合作图群体中不同植株的抗病表型和水稻中12条染色体的遗传图谱,利用Window QTL Cartographer 2.5对这3个群体分别进行QTL定位。在F2和F6群体中分别各检测到2个QTL,分别位于水稻第2和8条染色体上;在F7重组自交系中检测到4个抗病QTL位点,分别位于水稻第2、4和8条染色体上。其中,位于第8条染色体上的1个QTL位点在三个不同的作图群体中均检测到,它们可解释的表型变异分别为8%,12%和27%。该QTL位点可显著减轻病情指数,提高对稻曲病的抗性,可望用于分子标记辅助选择抗病育种。为揭示水稻抗稻曲病的分子机制,论文还通过高通量RNA-Seq技术,获得了水稻抗病品种IR28和感病品种LYP9响应稻曲病菌侵染全基因表达谱数据。通过数据比对统计,测序质量评估和测序饱和度分析,确定了 IR28和LYP9响应稻曲病菌侵染的表达谱测序数据量和质量均符合表达谱分析要求。对抗病的IR28和感病的LYP9在稻曲病菌接种24 h和48 h后差异表达基因进行比较分析,发现在这两个时间点,抗感品种共同差异表达的基因中,抗病品种IR28中上调的基因分别为138个和335个,多于感病品种中上调的基因(88个和78个);在感病品种LYP9中下调的基因分别为117个和311个,要多于抗病IR28中下调的基因(67个和54个)。通过GO富集分析发现编码受体蛋白激酶和细胞质激酶类基因在抗病品种中受稻曲病菌侵染诱导表达,而在感病品种中这些基因表达受到抑制。推测水稻对病原相关分子模式的识别及其诱导的与防卫相关的信号传导路径在抗稻曲病中发挥重要作用。另外,通过对差异表达基因进行聚类分析和KEGG代谢途径分析,发现部分病程相关基因PR 2-6,PR8和PR 9家族、植保素合成相关基因及OsWRKY53,OsWKY69和OsWRKY71等转录因子基因在IR28中显著诱导表达,而在感病LYP9中基因表达明显下调。这些结果表明,水稻抗性品种中植保素的合成、PR基因的诱导表达和部分WRKY转录因子在抗稻曲病中发挥着重要作用。其次,通过对差异调控的PR基因启动子区域顺式作用元件的分析,发现RY重复基序在这些差异表达基因的5’调控区显著富集,尤其是在上调的几丁质酶基因启动子中富集更为显著。推测这些顺式作用元件可能参与水稻抗病性的调控。最后,通过实时荧光PCR技术对9个差异表达的基因进行表达量验证,结果表明这些基因在稻曲病菌侵染后表达量变化与测序的结果基本一致,进一步验证了测序数据的可靠性。研究结果为今后抗稻曲病QTL的精细定位与克隆奠定了基础,同时为揭示水稻抗病信号转导途径和抗病机理提供了重要信息。