山田胶锈菌（Gymnosporangium yamadae Miyabe ex G.Yamada）是转主寄生缺夏孢型病原菌,它完成整个生活史循环需要两种不同的寄主,在冬孢子阶段侵染圆柏（Juniperus chinensis L.）小枝,引起寄主组织增生形成菌瘿。G.yamadae以菌丝体的形式在圆柏的菌瘿中越冬,初春在菌瘿表面长出冬孢子堆,因此其冬孢子不需要像其它锈菌的冬孢子一样要在被子植物上经历一个休眠的过程。它在锈孢子阶段寄生于苹果属（Malus Mill.）植物的叶片上,造成苹果叶片提早脱落,严重影响果实的产量与品质。与其它需要转主寄生的锈菌不同的是,胶锈菌是唯一一类冬孢子阶段寄生于裸子植物的锈菌。驱动胶锈菌与裸子植物长期协同进化过程中形成的这种特殊寄生现象的分子机制是锈菌生物学中亟待解决的问题。同时,G.yamadae在其性孢子和锈孢子阶段与苹果叶片互作时,发病苹果叶片的转录响应以及病原菌在不同生活史阶段的基因表达模式等科学问题,都值得深入研究。本研究通过第二代高通量测序手段结合生物信息学分析,对包括G.yamadae在内的3种胶锈菌的冬孢子进行了转录组测序及比较转录组学分析;对不同时期被G.yamadae侵染的苹果叶片在转录水平上的响应机制进行了研究;并对G.yamadae在性孢子、锈孢子和冬孢子阶段的转录组进行了比较。主要结果如下:1.构建了G.yamadae冬孢子的转录组,并与相同寄主上的亚洲胶锈菌（Gymnosporangium asiaticum）和日本胶锈菌（Gymnosporangium japonicum）的冬孢子转录组进行了比较分析。发现3种胶锈菌在冬孢子阶段的基因表达模式相对一致,与能量代谢、信号传导过程相关的基因所占比例最高。此外,从3种胶锈菌的转录组数据中预测到了大量功能未知的分泌蛋白,并通过蛋白家族聚类的方法找到了在不同分类水平上特异性表达的分泌蛋白,可作为胶锈菌冬孢子阶段的候选效应蛋白进行下一步的功能验证分析。从转录组的水平上对G.yamadae、G.asiaticum和G.japonicum的系统发育关系以及与柄锈菌属、栅锈菌属、柱锈菌属真菌的系统发育关系进行了研究。系统发育树图显示出3种胶锈菌形成了一个独立的分支,且与柄锈菌属真菌的亲缘关系较为接近。从物种水平上来说,G.yamadae与G.japonicum的亲缘关系相比与G.asiaticum更近;2.明确了被G.yamadae侵染后的苹果叶片在发病初期和发病后期在转录水平上的响应机制,探究了发病叶片相比较健康叶片差异表达的基因以及这些差异基因所富集到的代谢通路。在G.yamadae侵染初期,即苹果发病叶片长出大量性孢子器的时期,寄主内与谷胱甘肽代谢以及氨基酸糖、核苷酸糖代谢等相关的途径被显著富集,这两个通路分别参与寄主解毒过程以及细胞壁合成过程;在G.yamadae侵染后期,即锈孢子器产生以及叶正面发病部位出现明显变色花斑的时期,寄主内大量与次级代谢产物合成相关的途径被显著富集,其中最显著的是类黄酮物质的合成途径。说明在侵染初期苹果应对锈菌侵染的策略主要以防御为主,以减少病原菌对寄主的毒性作用;在侵染后期则通过产生大量次级代谢物质来限制病原菌在寄主体内的进一步扩展。3.明确了G.yamadae在性孢子、锈孢子和冬孢子阶段的基因表达模式。除了预测的分泌蛋白数量在3个阶段存在明显差异之外,胶锈菌在3个不同生活史阶段的基因表达模式相对保守。其中在锈孢子和冬孢子阶段的分泌蛋白所占比例高于性孢子阶段,推测这些分泌蛋白可能与G.yamadae转主寄生机制相关;此外通过蛋白家族聚类的方法得到了在苹果叶片侵染阶段以及性、锈孢子时期G.yamadae特异性表达的蛋白和分泌蛋白,这些蛋白很可能与G.yamadae在苹果叶片上致病过程相关。综上所述,本文从G.yamadae等3种胶锈菌冬孢子阶段的转录组数据入手,寻找胶锈菌在裸子植物上产生冬孢子时期所具有的保守基因表达模式及特异性分泌的蛋白,并对G.yamadae在两种寄主、3个产孢阶段的转录组进行了比较分析,丰富了锈菌研究领域的转录组数据,同时也为不同生活史类型的锈菌之间的比较提供了参考;此外,对G.yamadae与苹果叶片亲和互作阶段寄主转录机制的探究也将为研发苹果锈病的抗病策略提供理论基础。