卵菌(Oomycetes)分类属于茸鞭生物界,与真菌有类似的形态结构但在进化与分类上与真菌不同,严重威胁着全球农业生产和植物生态系统的安全。疫霉属(Phytophthora)是卵菌中最臭名昭著的一类,具有“植物杀手”之称。比如,由大豆疫霉(Phytophthorasojae)引起的大豆根腐病,每年给全球带来20亿美元经济损失。历史上由致病疫霉(P.infestans)引起的马铃薯晚疫病造成的“爱尔兰大饥荒”,导致数百万人死亡或者流离失所,至今依然危害严重。疫霉病害的控制主要依靠抗病品种和杀菌剂的利用,但病原菌进化速度快,其无毒基因和杀菌剂靶标基因可以通过多种形式产生变异逃逸寄主的识别和农药的毒性,从而导致品种抗性和杀菌剂活性丧失。因此准确地掌握病原菌群体结构、变异规律及其抗药性机制,对于选育持久广谱性抗病品种,合理布局抗病品种以及杀菌剂的使用和开发具有重要意义。本研究发挥高通量测序技术的优势,选取不同致病型和抗药性的大豆疫霉菌株进行基因组重测序,较为系统地揭示了无毒基因的变异规律、鉴定了常用药剂的抗性基因,另外还挖掘了两类重要的致病相关基因,获得的主要结果与结论如下:大豆疫霉不同毒力菌株基因组重测序揭示了大豆疫霉致病性变异的遗传基础.选择来自中国和美国等地的25个不同致病力的大豆疫霉菌株进行了基因组重测序。群体结构分析发现大豆疫霉群体可以分为两个分支,其中第二个分支仅包含来自中国区域的9个大豆疫霉菌株。全基因组单核苷酸多态性(SNP)分析发现,基因启动子和编码区域SNPs数量很多,占总SNPs的60.41%,编码区非同义突变占编码区总突变的61.94%,其中1.72%导致编码蛋白提前终止,0.48%导致编码蛋白序列延长,表明点突变是大豆疫霉基因组进化的重要驱动力。RxLR(R:精氨酸;x:任意氨基酸;L:亮氨酸)效应因子在疫霉菌致病中扮演重要角色,前期已经鉴定到大豆疫霉菌中有374个RXLR效应因子。通过本次研究,我们鉴定到471个RxLR效应因子,且进行比较后,我们发现RxLR效应因子菌株间高度分化,进化速率较快在不同菌株中只有131个RxLR效应因子保守,该结果暗示着RxLR效应因子的变异与大豆疫霉致病性的分化高度相关。此外,由于无毒基因变异介导了植物抗性的丧失,我们重点分析了无毒基因,相关结果发现了很多无毒基因存在多种变异机制,包括基因突变、基因缺失、基因沉默、假基因化和基因拷贝数变异等,该结果暗示着大豆疫霉可能存在多种无毒基因的变异从而逃避寄主识别。最后我们还发现,大豆疫霉菌株间还存在小种特异的植物水平基因转移事件,例如PS6菌株的glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase基因,PS5 菌株的 oligosaccharyl transferase基因,PS13 菌株的 mitochondrial uncoupling protein 5-like基因,PS2和PS28菌株的未知功能基因等,该结果暗示着大豆疫霉小种特异的基因水平转移可能是大豆疫霉适应环境的一种新机制。综上所述,相关研究结果初步揭示了大豆疫霉致病力分化的遗传基础,为抗病品种的培育和布局提供了新思路。大豆疫霉不同抗药性菌株基因组重测序揭示了大豆疫霉抗药性的遗传基础。甲霜灵和氟吡菌胺是对卵菌具有优异防治效果的常用杀菌剂。然而疫霉菌对这两类杀菌剂抗性的遗传基础尚不清楚。前期我们采用杀菌剂驯化方法获得了对氟吡菌胺和甲霜灵具有不同抗性的大豆疫霉菌株;并对其中15个菌株进行了基因组重测序,最后利用基因编码区非同义SNPs关联抗药性表型技术鉴定可能的抗药性基因。结果显示,Visinin protein、Iron-sulfur cluster assembly、keratin associated protein 和 Tripartite motif containing protein 4个基因的突变可能介导了大豆疫霉对氟吡菌胺的抗药性。在具体突变位点中,Visinin protein在抗性菌株中第172位氨基酸发生了突变,由缬氨酸突变为蛋氨酸;Iron-sulfur cluster assembly在抗性菌株中第50位氨基酸发生了突变,由异亮氨酸突变为缬氨酸,keratin associated protein在抗性菌株中25或者28位氨基酸发生了突变,分别由色氨酸突变为丝氨酸,谷氨酸突变为亮氨酸或者缬氨酸;Tripartite motif containing protein在抗性菌株中第73位氨基酸发生了突变,由亮氨酸突变为脯氨酸。另外,在抗甲霜灵抗性菌株的测试中,我们发现Alpha-1,3-glucosyltransferase在抗性菌株272位氨基酸发生了点突变,由缬氨酸突变为亮氨酸,该突变可能介导了大豆疫霉对甲霜灵的抗药性。综上所述,相关研究为大豆疫霉抗药性的研究提供了可能的新靶标基因,将对疫霉抗药性评估和杀菌剂合理使用奠定理论基础。细胞自噬研究结果推测细胞自噬在大豆疫霉发育和致病中发挥着重要作用。细胞自噬是真核生物中一种保守的细胞降解途径。在植物真菌病原菌中,细胞自噬有助于真菌发育和致病性。然而,很少有关于卵菌细胞自噬的报道被发表。本文利用真核生物中已经报道的细胞自噬相关基因作为索引,在大豆疫霉中鉴定得到26个细胞自噬相关的基因,这些基因属于细胞自噬中20个不同的基因家族。同时利用几种卵菌保守的细胞自噬基因,初步构建了卵菌细胞自噬途径模型。雷帕霉素是一种细胞自噬的诱导剂,电镜观察发现,经过雷帕霉素处理的菌丝细胞质中出现明显的自噬体的积累,而在对照组中没有观察到明显自噬体的积累,表明大豆疫霉中存在细胞自噬。大豆疫霉表达谱数据分析发现,这些细胞自噬相关的基因广泛表达,并且它们中大部分在侵染阶段显著上调表达,推测细胞自噬在大豆疫霉发育和致病中发挥着重要角色。本研究发现丝状病原菌编码一类保守的非典型效应因子来抑制植物免疫。水杨酸是一种重要的植物防卫激素,在植物免疫中起着至关重要的作用。植物病原菌可能通过分泌效应因子干扰植物水杨酸的积累来抑制植物免疫。本文鉴定到大豆疫霉存在异分支酸水解酶(isochorismatase)同源蛋白Ps108159,经功能注释、信号肽预测、保守催化位点和二级结构分析,推测Ps108159可能是一个非典型分泌的效应因子,通过靶向植物水杨酸合成前体异分支酸,干扰植物水杨酸的积累,从而操控植物免疫,达到侵染的目的,因此将其命名为PsIsc1。进一步研究发现,PsIsc1在29个大豆疫霉菌株重测序菌株中不存在序列多态性,暗示PsIsc1可能是一个致病所必须的毒性因子。此外,我们鉴定到绝大部分植物丝状病原菌存在单拷贝的异分支酸水解酶同源蛋白,表明异分支酸水解酶干扰植物水杨酸积累是植物丝状病原菌操控植物免疫的保守策略。该发现揭示了丝状病原菌一种新的致病机制,同时也为非典型效应因子的鉴定提供了新的思路。