水稻稻粒黑粉病主要为害水稻不育系,已成为限制我国杂交稻制种的主要病害因素。应用和选育抗病品种是防治稻粒黑粉病的有效手段,然而抗稻粒黑粉病的水稻资源及抗病机制研究滞后。鉴于此,本研究通过连续三年田间人工接种稻粒黑粉病菌强毒力菌株试验,对目前生产上应用的78份水稻不育系种质资源进行了抗稻粒黑粉病鉴定,从中筛选到高抗稻粒黑粉病水稻不育系4766A。进一步运用RNA-seq技术对抗病不育系4766A和感病不育系9311A在稻粒黑粉病菌侵染的不同时间点进行转录组测序,通过比较不同时间点抗感转录差异以探讨水稻抗稻粒黑粉病的相关抗病分子机制,并构建共表达网络及抗病特异性模块,揭示了抗病相关基因的表达互作特征,同时通过抗感品种构建的F2代群体进行BSA定位分析,结合侵染表达分析数据确定抗稻粒黑粉病的主效基因,通过候选基因功能验证确定了其抗性功能,该项工作为水稻抗稻粒黑粉病田间育种提供可能。水稻纹枯病是水稻的三大病害之一,由于水稻抗病过程涉及多个生物学过程,利用传统方法解析水稻纹枯病抗性机制进展缓慢。本研究在海南陵水、四川温江2个生态环境下鉴定了收集的275份不同地理来源水稻种质资源苗期纹枯病抗性,进一步结合WGS的SNP数据挖掘抗纹枯病相关基因,为分子育种改良水稻抗纹枯病性状提供了基因和亲本资源,奠定了水稻抗纹枯病育种基础。相关研究结果如下:1.通过连续三年田间人工接种稻粒黑粉病菌强毒力菌株试验,从来源于四川、湖北、福建的78个水稻不育系资源中鉴定出4个对稻粒黑粉病表现中抗及以上抗性水平的不育系材料,其中本课题组自育的水稻三系不育系4766A为我国首次报道的表现稳定高抗稻粒黑粉病不育系材料。2.为了探讨水稻抗稻粒黑粉病可能的抗病分子机制,对抗病不育系4766A和感病不育系9311A幼穗接种稻粒黑粉病菌,基于接种后稻粒黑粉病菌生物量结果选择接种后8、12、24、48和72 h取样,利用RNA-seq技术对5个侵染时期幼穗提取RNA进行转录组测序。比较转录组分析结果表明伴随着稻粒黑粉病菌侵染时间的延长,相关的差异基因数呈上升趋势;4766A不同侵染时间点差异表达基因数目高于同时期9311A中的基因数目,表明4766A中可能有更多的基因参与抗稻粒黑粉病的生物学过程。综合两个不育系的转录组测序结果,两个不育系中共筛选到4729个共同的差异表达基因并进行相关聚类比较分析,呈持续上调趋势的模块GO富集分析结果表明转录因子活性在抗病不育系中高度富集,而在感病不育系中未发现高度富集,呈持续下调趋势的模块GO富集分析结果表明转运活性在抗病不育系中的富集程度明显高于感病不育系中,说明这两个生物学过程可能在稻粒黑粉病抗性中发挥关键的作用。最后基于两个不育系5个侵染时期的差异基因KEGG富集比较分析,表明苯丙氨酸代谢、次生代谢物生物合成、酪氨酸代谢、类黄酮生物合成以及SA生物合成在水稻抗稻粒黑粉病过程中起着至关重要的作用。通过比较转录组分析我们初步解析了水稻抵御稻粒黑粉病菌侵染的相关分子机制,为后期开展水稻抗稻粒黑粉病相关基因挖掘和功能研究奠定基础。3.基于前期的比较转录组分析,我们设定FPKM（fragments per kilobase of transcript sequence per million）≥1为阈值,4766A和9311A分别有23782和23718个表达基因被检测到。利用加权共表达网络分析（WGCNA）,分别对上述基因进行模块化分和共表达网络构建,以期搜寻同抗性相关的表达模块和关联基因。通过基因模块和共表达网络的比较分析,我们得到了一些同抗性高度相关的基因模块,如4766A侵染早期的深褐色模块,在侵染48 h的中紫色和侵染72 h的暗橄榄绿色模块以及9311A侵染早期的天蓝色模块和侵染晚期的纳瓦白色模块。基于核心抗病基因分析筛选到一些同稻粒黑粉病抗性高度关联的基因,如开花抑制因子DTH8和稻瘟病抗性基因Os Hop/Sti1a。本研究中我们通过共表达网络比较分析进一步解析了水稻抗稻粒黑粉病相关机制,同时结合基因的功能注释为今后深入研究基因的功能及其所参与的生物学过程等提供数据支撑。4.基于抗感材料构建的F2代群体进行BSA分析,定位了两个与稻粒黑粉病抗性相关的SNP位点,分别位于6号染色体24918165—27398048 bp和11号染色体24840540—25773482bp之间。结合前期抗感稻粒黑粉病水稻不育系的转录组数据和基因功能注释分析,我们锁定编码CC-NBS-LRR抗病蛋白的基因Osn TNB.11可能正向调控稻粒黑粉病的抗性,4766B中敲除基因Osn TNB.11以及9311B中过表达结果显示4766B中Osn TNB.11的敲除降低了水稻对稻粒黑粉病的抗性,而Osn TNB.11在9311B中的过表达增强了水稻对稻粒黑粉病的抗性。接菌后抗性相关基因定量检测结果表明9311B中过表达Osn TNB.11能够增加PR1a和PR4的表达,且Osn TNB.11在水稻幼穗中的表达明显高于其根、茎和叶。亚细胞定位结果显示Osn TNB.11在细胞质、细胞核和细胞膜上均有分布。5.通过在水稻苗期接种纹枯病菌鉴定试验,从不同地理来源的275个水稻材料中筛选到6个水稻品种CT 18244-7-7-1-1-5-2、CR 16-9、CT18233-15-3-3-4-1-1、CT 15675-2-2-2-1-1-M、CT 15765-12-1-4-2-1-M和IR2035-225-2-3-1在两个生长环境下均对纹枯病表现稳定抗性表型,为水稻抗纹枯病育种提供了优良的抗源材料。6.基于275份水稻材料苗期抗感纹枯病的表型数据和SNP标记进行纹枯病抗性的GWAS关联分析,得到48个与纹枯病抗性相关的QTLs位点,分别位于水稻第1、2、3、4、6、7、8、10、11和12号染色体上。结合前期报道的抗感纹枯病水稻品种在不同侵染时间点的转录组数据,进一步锁定了6个在抗感纹枯病水稻品种中呈不同表达模式的候选基因,其可能参与水稻纹枯病的抗性,分别为WRKY转录因子Os WRKY.1、类受体蛋白激酶编码基因Os PKM.2、蛋白激酶编码基因Os PKM.3、转座子蛋白编码基因Os TP.4、木聚糖酶抑制蛋白编码基因Os XL.5和赤霉素20氧化酶2编码基因OsGO.6。