烟草脉坏死病是由马铃薯Y病毒脉坏死株系（Potato virus Y necrosis strain,PVY^N）侵染引起的,导致烟草产量及质量显著降低,严重时烟叶失去烘烤价值、经济损失严重。近年来通过矿质元素来平衡植物生长发育过程以达到植物抗病、抗胁迫、抗逆境的研究越来越受到关注。铁（Fe）元素是植物必需的微量元素之一,在植物的生长发育及物质代谢中起着至关重要的作用,因此充分利用Fe元素来控制植物病毒病也是新的研究热点。本实验室曾研究表明Fe元素能够有效地诱导K326烟草产生抗病作用,但其作用机制尚不明确。本文利用三代全长转录组测序结合二代转录组技术,研究了Fe元素调控烟草抗PVY^N的分子机制,主要研究结果如下:1.Fe元素对PVY^N有预防作用,能有效抑制PVY^N RNA及CP在烟草叶片中的积累量。本试验以普通烟K326为试验材料,叶面喷施3.36mg/L的Fe²⁺溶液,观察其对烟草植株体内PVY^N的抑制效果,与未喷施Fe²⁺溶液的对照组相比发现可一定程度延迟PVY^N侵染后的症状产生,并在症状出现后一段时间内减轻烟草的发病程度。通过调查病情指数并计算防治效果,在接种病毒后的第八天Fe元素对PVY^N的防治效果为24.78%。利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测烟草叶片中PVY^N RNA积累量,Western blot免疫印迹的方法检测烟草叶片中PVY^N的CP积累量发现:Fe元素能降低PVY^N RNA和CP在烟草叶片中的积累量,接种后第五天与对照组相比积累量差异最大。2.本试验完成了基于PacBio SMRT单分子实时测序技术的全长转录组测序,完善了在Fe元素与PVY^N作用下的K326普通烟基因组的注释。对Fe元素与PVY^N作用下的K326普通烟混合样品进行测序:共获得24.52Gb clean data的数据;从原始序列中提取CCS reads 300,269条,其中FLNC序列268,754条;对全长非嵌合序列进行聚类得到一致序列98,822条,polish得到高质量一致序列共96,543条,进行融合转录本预测,得到3,106个融合转录本。用二代转录组数据对低质量一致序列进行校正并与高质量一致序列合并去冗余得到54,211条转录本序列,转录本发生可变剪接（AS）事件情况共15,363个,其中内含子保留（Intron retention）事件发生最多,为8,783个。共鉴定到5,109个基因发生可变多聚腺苷酸化（APA）,其中2596个基因有2个APA位点,而多数基因（6284个）有且只有1个APA位点。对基因结构进行优化分析表明,检测到基因位点（gene loci）25,299个,其中新基因位点4,909个,新发现转录本41,950个。对新发现的转录本进行序列结构分析,共预测出20,435个简单序列重复（SSR）,包含SSR的序列17,308个,其中单碱基重复SSR（Mono nucleotide）最多为10,629个。预测得到33,390个完整ORF序列。预测到长链非编码RNA（lncRNA）共3,086个,其中一半以上（1826个）为基因间区lncRNA。预测得到转录因子（TF）11,488个,其中385个转录本属于bHLH转录因子家族,在所有转录因子家族中最多。将得到的新转录本序列与NR、Swissprot,GO、COG、KOG、Pfam、KEGG数据库比对,完成了39,301个新转录本的功能注释。3.利用RNA-seq技术,从寄主的角度对Fe元素调控烟草抗PVY^N的作用机制进行研究,结合生物信息学对差异表达的基因功能进行了分析。将各组间差异表达的基因进行注释分析可知:PVY^N的侵染导致PSI反应中心亚基、光合色素b6、叶绿素a/b结合蛋白、PSII CP43脱辅基蛋白、ATP合酶等基因下调表达,表明PVY^N侵染会对烟草的光合系统造成损坏;同时钙离子结合蛋白、热激蛋白、WRKY转录因子、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,钙依赖型蛋白激酶等基因响应PVY^N的侵染发生差异表达;喷施Fe元素调控烟草的光反应电子传递链中的各种基因,如ATP合酶亚基、细胞色素b6、PSI P700叶绿素a载脂蛋白、CP43脱辅基蛋白等基因,提高了光合作用光反应强度,增强烟草的光合作用,提高烟草光能转化为化学能的能力,以削弱PVY^N侵染对寄主烟草的伤害;Fe元素在病毒侵染早期可能通过调控钙调素类蛋白、钙离子结合蛋白等基因对烟草细胞内钙信号进行调控,达到降低病毒对植株损害的目的。丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、蛋白质丝氨酸/苏氨酸磷酸酶、乙烯响应因子等转录因子也被检测到参与Fe元素调控烟草抗PVY^N的应答反应。