疫霉(Phytophthora)属于卵菌(Oomycete)，与藻类的褐藻和硅藻等关系较近。虽然与真菌有相似的菌丝状生长形态但二者亲缘关系较远，所以许多防治真菌的药剂并不适合于疫霉菌的防治。疫霉菌在营养体阶段为二倍体以及自身同源重组率极低的特性导致传统的基因敲除等分子遗传操作技术不能得以运用，而当前基于稳定转化体系介导的内源基因沉默技术存在转化效率低、耗时长、转化子筛选困难且性状不稳定等问题，严重阻碍了对疫霉菌基因功能的研究。随着疫霉菌全基因组与转录组数据的不断公布与完善，通过生物信息学的分析掌握与致病机理相关的基因组学规律并得到更加准确的候选基因，将有助于提高疫霉菌功能基因组学的研究效率。　　要研究疫霉菌的病害防治策略，需要抓住几个方面。游动孢子和卵孢子阶段是卵菌所特有的也是疫霉菌病害循环中关键的环节。游动孢子可以通过水流或者空气在田间传播;在水膜存在的条件下通过识别寄主分泌的异黄酮等化学信号分子定向游动，寻找寄主并侵染。卵孢子则帮助病原菌度过不良的环境，可以长期在土壤或发病寄主残体中存活并于适宜的环境下萌发和侵染寄主。因此，找到参与这些过程的关键基因，阻断游动孢子和卵孢子的形成，或者破坏游动孢子的趋化性与游动能力，是研究疫霉菌防治的重要方面。此外，疫霉菌在与寄主互作过程中分泌大量卵菌特有的效应分子，这些蛋白具有不同功能，通过相互协作帮助病原菌侵染寄主植物。同时，在协同进化过程中，有些效应分子（无毒基因）也能够被寄主所识别并诱导抗病反应，造成病原菌无法侵染。因此，研究和掌握效应分子的功能及其在致病过程中的作用机理，将为选育、选用抗病品种及探索新的病害防治策略提供理论依据。　　本研究通过生物信息学平台的建设和疫霉菌转录组和基因组数据的分析，研究重要了基因家族的序列特征、进化规律与转录模式。重点分析了病原菌与植物的互作过程中分泌的效应分子RxLR家族以及可能参与调控重要致病过程包括效应分子转录的bZIP转录因子家族。此外，通过不同疫霉菌的比较基因组学分析探索与寄主范围变化相关的基因组特征以及保守的致病机制。　　主要内容如下:　　摸索掌握了疫霉菌生物信息学研究的方法与工具并开发了一系列界面友好的生物信息学软件。例如，利用MicrosoftVisualBasic6.0脚本，开发了一个在Windows平台下使用的软件SeqHunter。该软件以简便的图形界面操作方式，可以实现本地化Blast序列搜索，序列提取、比对与分析，序列数据库建立和管理等多种功能，为基因功能分析与大规模基因组数据挖掘提供了一个实用工具。在此基础上对许多功能进行增强，并增加了基因组浏览和基因查找等功能，整合了大量卵菌生物信息学研究的常用数据和工具资源，开发了更便于植物病原卵菌研究的SeqHunter2。　　对大豆疫霉发育过程与寄主侵染过程中的总共十个阶段进行了基因表达谱分析。基于3-标签数字基因表达谱分析方法检测到了将近80％的大豆疫霉基因的表达。根据样品之间基因表达的相关性可将十个阶段分为四组，即:a）菌丝和孢子囊阶段;b）游动孢子和休止孢阶段;c）休止孢萌发阶段;d）侵染1.5到24小时的五个阶段。根据基因在不同样品中的表达模式将所有基因分成了722组，其中前16组基因占所有基因总数一半以上，分别代表基因在整个或者部分侵染时期，游动孢子、菌丝等不同阶段上调表达。了解了不同致病相关基因家族的平均表达水平和表达变化特征。构建了在线的疫霉转录数据库便于数据查询和分析。　　鉴定了RxLR效应分子在大豆疫霉不同生理小种中的等位基因并对基因的多态性和转录模式进行了分析。对大豆疫霉四个主要生理小种race2(P6497)、race7(P7064)、race17(P7074)和race19(P7076)的代表菌株进行基因组和等位基因的全局性比较与分析，发现了153个基因受到正向选择，其中相对富含分泌蛋白且分泌蛋白中将近一半为RxLR效应分子。进而对整个RxLR家族进行深入的分析，确定了至少13个基因受到显著的正向选择压力，43个具有显著的正向选择位点。这些基因许多具有功能，有的为无毒基因，有的能够引发烟草叶片细胞死亡（激发子），有的能够抑制老鼠细胞凋亡蛋白BAX引起的烟草细胞死亡（抑制子）。根据DGE数据，被检测到表达的基因中，95％具有上述功能。根据该线索，本实验室开展了深入的研究，鉴定了Avr3b和Avr1d两个无毒基因以及其它具有重要功能的效应分子。　　鉴定了大豆疫霉等多个物种的bZIP转录因子并进行了进化分析和不同阶段与处理中的转录分析。在RxLR效应分子启动子区发现了三个的与bZIP转录因子结合元件A-box(TACGTA)类似的保守元件（TAC*GTA）。因此，对bZIP转录因子家族进行了鉴定和分析，发现卵菌特别是疫霉属中，存在一类新型的bZIP基因，其DNA结合区的保守氨基酸位点发生了改变。该类基因进化上相对独立，推测它们主要通过基因复制进行扩增。大豆疫霉的bZIP转录因子主要在游动孢子-休止孢和侵染阶段发生转录变化，许多基因在外源过氧化氢处理下上调表达，同时，新旧两类基因的转录也存在一些差别。推测这些转录因子具有不同的靶标基因，发挥不同的调控作用，特别是新型的bZIP可能作用于卵菌特有的启动子元件，与卵菌特殊的生活史过程，如:游动孢子与卵孢子阶段等有关，也很可能参与了效应分子的调控。　　对荔枝霜疫霉基因组与转录组进行测序并与其它植物病原卵菌进行了比较基因组学分析。荔枝霜疫霉引起荔枝霜疫病，其孢囊梗多级有限生长的性状介于霜霉和疫霉之间，分类上存在一些争议。本研究对荔枝霜疫霉基因组进行了测序，得到了38.2Mb的基因组拼装及13，155个预测的基因。基于持家基因的进化分析表明了与疫霉关系更近、基因序列与疫霉相似性更高且具有更好的共线性、效应分子数量与疫霉相比无明显的增减且亲缘关系更近等分析结果都一致说明，荔枝霜疫霉应该被划分到疫霉属中。比较基因组分析还揭示了荔枝霜疫霉在已知疫霉菌中基因组最小且含有最少的基因。较低的重复序列比例和紧密的基因间距离可能是基因组小的原因，而基因数较少很可能是因为含有较少的种特异基因和旁系同源基因。　　小结:全基因组序列和转录组分析给疫霉菌研究提供了海量的重要数据和研究线索，生物信息学平台的建设则为从中筛选关键基因和挖掘重要研究线索提供了必要条件。不同小种之间等位基因的鉴定和比较为寻找病原菌与植物互作过程中的关键因子提供了重要的候选基因。效应分子数量众多且具有不同的转录模式及功能，但转录被调控的机制尚未清楚，从效应分子的保守启动子元件出发，对可能相关的转录因子家族进行研究将可能找到答案。不同疫霉菌基因组的比较，将有助于了解物种的分类地位以及和寄主范围、生物性状和致病机理等相关的基因组特征的异同点。