杂草是全球农业生产中面临的主要问题，而稗草则是这其中危害比较严重的一种。研究表明，稗草可以导致约35%的水稻减产。化感作用是由化感物质释放介导的作物与杂草相互作用的一个核心过程，这种化感物质对相互作用的一种或另一种植物的生长造成不利的影响。近来，许多研究表明利用化感互作进行杂草防治可以降低杂草的危害，提升作物产量。然而目前对水稻与稗草之间的互作的分子机制知之甚少。尤其对许多关键化感物质的生物合成基因组机制尚不清楚。本研究中利用不同时间点水稻与稗草单独培养以及共培养的转录组学数据，研究了水稻和稗草之间的化感互作。此外，分析鉴定了参与调控水稻与稗草化感互作过程中参与调控的基因簇和基因模块。本研究主要发现如下：
　　（1）通过转录组分析鉴定参与水稻-杂草互作的水稻化感基因
　　使用水稻RNA-seq数据（单独培养和与稗草共培）鉴定在3小时和3天两个时间点调控水稻和稗草相互作用的基因及其功能。基于成对比较的方法，鉴定出3,453个上调和2,231个下调的差异表达基因（DEG）。值得注意的是，有393个基因是在所有时间节点都能被检出,这些基因参与了不同的化感作用途径。基因本体论（GO）结果表明，在3小时和3天两个时间点分别有35个和64个GO富集，并且更多的上调基因参与了多种生物和细胞过程以及对环境刺激的各种响应。KEGG通路分析结果表明，包括“苯丙氨酸生物合成通路”和“谷胱甘肽代谢通路”在内的各种化感生物合成通路，可能在控制水稻和稗草相互作用中起重要作用。基于四个显著（P<0.05）的主要时态RNA表达谱，表明随着时间的推移，在水稻和稗草相互作用中，它们的蛋白质丰度具有一致的变化模式。此外，在3小时和3天两个时间点，分别鉴定到90和68个与酚酸和稻壳素生物合成相关候选新基因。同样，在本研究中，多个次级代谢途径（包括萜类化合物、苯丙烷类化合物、简单酚、木质素和木脂素以及各种类黄酮途径）均呈现明显上调趋势。总之，认为，与苯丙酸类生物合成中涉及的其他酚酸途径相比，稻壳素生物合成途径对稗草的敏感性更高。这些结果为鉴定水稻和稗草相互作用的候选基因提供了必要的基础，并为水稻与稗草的化感作用的基因组学研究和分子机制研究提供了宝贵的资源。
　　（2）水稻和稗草基因组中化感相关生物合成基因簇的鉴定
　　根据水稻和稗草的化感相关转录组数据以及已有的植物代谢数据库，研究了这两种植物的化感相互作用中涉及的基因簇的性质及其调控基因模块。除稗草中已知的生物合成基因簇外，还鉴定了三个潜在的新基因簇，包括一个用于槲皮素生物合成的簇，其可能参与了与水稻的化感相互作用。基于基因互作网络的构建，确定了一个包含转录因子的基因调控节点模块，该模块与水稻中的稻壳素A和植保素簇显著正相关。在稗草中，还鉴定了与丁布生物合成基因簇共表达的基因模块，明确了部分丁布生物合成基因簇上下游基因。此外，在稗草中发现了三个编码吲哚-3-甘油磷酸合酶的基因，这些基因调节DIMBOA合成基因簇的表达。我们的研究结果为水稻和稗草之间化感中涉及的生物合成基因簇的调控机制提供了新的见解，并且对控制田间杂草具有潜在的影响。