茅苍术Atractylodes lancea(Thunb.)DC.为菊科多年生植物,其根茎为我国传统常用中药材,药材名苍术。目前茅苍术的历史道地产区江苏茅山一带已无商品药材供应,市场上的茅苍术药材大部分为湖北等省份的人工栽培品。位于湖北省黄冈市的英山、罗田等县的人工规模化种植茅苍术,经过长期多代无性繁殖已导致部分植株发生退化和变异,形成了多种变异类型,其中包括茅苍术扁茎变异这一类型。本文从病原菌、化学成分差异以及转录组等多角度研究正常茅苍术和扁茎变异茅苍术的品质差异,旨在阐明茅苍术扁茎变异的发生机制,提升栽培药材品质。主要研究内容如下:1.采用分子生物学及组织化学等方法鉴定导致茅苍术扁茎变异病的病原菌。通过形态特征分析发现,扁茎变异茅苍术植株与植原体引起的病害症状相符。进一步利用植原体16S rDNA基因的通用引物,通过巢式PCR检测出扁茎变异茅苍术中存在植原体,再经基因序列分析和系统进化分析,显示湖北英山茅苍术中检测到的植原体属于翠菊黄化植原体16SrI-B亚组。DAPI组织化学染色发现,扁茎变异茅苍术与正常茅苍术相比,扁茎变异植株茎横切片中存在大量点状荧光,进一步验证了扁茎茅苍术中存在植原体。通过统计黄冈市境内四个基地内植原体的发病率,获得了目前该病害的发病程度及分布范围。2.利用产量和品质的相关指标评估扁茎变异对茅苍术产量和品质的影响。按《中国药典》2015版中苍术项下的描述,从性状、显微、薄层色谱及含量测定等方面与正常对照茅苍术进行比较,结果表明扁茎变异茅苍术在芽头数目、苍术素含量、挥发油颜色及含量方面有较大差异,其中扁茎变异茅苍术的芽头数目、苍术素的平均含量均约为正常茅苍术的两倍;正常茅苍术挥发油呈深黄色,而扁茎茅苍术挥发油颜色为淡黄色,且扁茎茅苍术挥发油的平均含量比正常茅苍术高约10%。而在显微鉴别、水分含量、薄层色谱、β-桉叶醇含量方面则差异不大。本文通过分析扁茎茅苍术和正常茅苍术的化学成分差异以期为正确认识与利用扁茎茅苍术资源提供参考。3.基于RNA-seq的茅苍术扁茎变异机制研究。利用Illumina Hi-Seq2000测序平台,对正常茅苍术和扁茎茅苍术未开放花序、叶、茎及根茎共24个样本开展转录组测序,并对测序结果进行分析。对于高通量测序得到的转录组原始数据(raw reads)经过一系列的处理后得到的有效数据(clean reads)为:正常茅苍术叶部位(NL)、茎部位(NS)、根茎部位(NR)、未开放花序部位(NF)分别为156,096,312、127,897,750、159,229,388、145,728,860;扁茎变异茅苍术叶部位(FL)、茎部位(FS)、根茎部位(FR)、未开放花序部位(FF)分别为146,651,904、150,524,320、149,608,938、142,479,918。利用blastx、blastp、SwissProt、TrEMBL和kegg等公共数据库对所有的unigenes进行比对及功能注释,其中75.99%被gene ontology富集分析归类到一个或多个GO项下,40.51%注释到KO数据库,30.63%注释到KOG数据库。正常茅苍术和扁茎茅苍术基因差异分析显示,植原体主要存在的茎部位FS相对于NS的差异表达基因(DEG)数目为298个,其中主要影响茅苍术扁茎形成机制的通路主要为ko04075(植物激素通路)和ko04626(植物病原体互作通路)分别存在11条和6条差异基因,后期通过qPCR验证发现结果与转录组结果一致,即4条在FS样本中表达量高的在qPCR结果中亦最高。从以上结果可以看出,植原体引起宿主植株基因表达的改变,进而导致扁茎、叶序紊乱、花变叶等现象。综上,本研究首次阐明了引起茅苍术扁茎变异的病原菌为16SrI-B亚组植原体,探讨了植原体入侵对茅苍术药材产量及质量的影响,并进一步从基因表达角度探究了导致扁茎变异的分子机制。本研究所得结果将对植原体病害的防控提供依据,为阐明植原体与宿主植物的相互作用提供基础。