人参（Panax ginseng C.A.Meyer）素有“百草之王”之称,在我国中医药和大健康产业发展中具有不可替代的地位。人参红皮病,是人参主要病害之一,一般发病率在20%左右,严重者达80%以上。患病人参产量低,品质差,多种有效成分含量下降,使人参的有效性无法保证,已经成为我国人参产业发展的重大问题。以往关于人参红皮病的研究主要集中在患红皮病人参酚类物质代谢,金属元素积累以及土壤特性等方面。土壤环境对人参红皮病发生的影响及人参对红皮病的响应机制研究较少。本研究以农田栽培人参为研究对象,采用微生物宏基因组测序,全转录组测序和液质联用等技术,分析人参红皮病与根际土壤的关系以及人参在转录水平和代谢水平上对此种病害的响应模式,并探索“红皮”症状的形成机制。主要研究结果如下:（1）不同患病程度人参根际微生态比较分析研究了同一人参农场中不同患病程度人参根际土壤微生态的变化。红皮面积在25%～50%的患病人参根际土壤细菌群落多样性显著高于其它阶段。重症组（红皮面积50%～100%）的人参根际真菌群落多样性明显下降,但丰富度没有显著变化。不同患病程度人参根际土壤微生物群落在组成上具有差异,且存在显著性差异类群。另外,潜在病原菌Ilyonectria robusta的丰度随人参患病程度的增加而上升,推测其与农田栽培人参红皮病的发生存在密切关联。通过建立微生物共发生网络,发现不同患病程度人参根际细菌和真菌的关键门保持不变,即变形菌门（Proteobacteria）和子囊菌门（Ascomycota）。随着病情扩展,细菌群落的复杂程度和稳定性发生多重变化,患病人参根际细菌群落可能比健康人参存在更多的竞争和生态位分离。轻症人参（红皮面积0～25%）根际真菌群落中相互作用减少,而在重症组可能又形成了较复杂的真菌群落。与细菌群落不同,患病人参根际土壤的真菌网络中可能存在更多的物种间合作和生态位重叠。重症组人参根际土壤p H、总磷（TP,total phosphorus）、速效磷（AP,available phosphorus）、速效钾（AK,available potassium）显著降低,过氧化氢酶（CAT,catalase）、转化酶（INV,invertase）、磷酸酶（PHO,phosphatase）活性也显著下降,可能影响人参抗病性。另外,TP、AK、AP、CAT、INV是影响土壤微生物群落的关键因子。（2）转录组比较分析人参对红皮病的响应机制对红皮病人参的患病组织和健康人参组织进行了转录组比较分析。筛选到9451个差异表达基因,其中大量基因涉及次生代谢产物的生物合成和多种代谢途径。对于植物逆境胁迫相关途径的分析表明,苯丙烷生物合成途径关键基因上调、过氧化物酶体对ROS的调节、植物与病原菌互作途径中抗性基因的上调表达以及与胁迫响应相关的水杨酸,茉莉酸等植物激素信号转导在人参对红皮病的响应机制中可能扮演重要角色。（3）人参患病组织中非编码RNA的调控作用对患病人参的患病组织和健康人参组织中lnc RNA,circ RNA和mi RNA进行鉴定,在所有组织样本中共获得17645个lnc RNA,245个circ RNA和299个mi RNA。分析发现,患病组织中1553个lnc RNA,16个circ RNA和107个mi RNA差异表达。然后,对差异表达nc RNA的靶基因进行富集分析,发现差异表达lnc RNA,circ RNA以及mi RNA的靶基因都涉及脂肪酸相关调控,表明脂肪酸相关通路的改变可能在人参红皮病中起到关键作用。而且差异表达lnc RNA可能参与了人参组织稳态调控。此外,差异表达nc RNA在患病组织中的转录翻译过程,淀粉和蔗糖等初级代谢,生物碱等次级代谢方面也可能发挥着重要调控作用。最后,整合nc RNA与m RNA之间的相关性,构建相应的互作网络并发掘在患病组织中可能起到关键作用的nc RNA,发现ath-mi R396b-5p、ath-mi R156a-5p和athmi R195a等多个mi RNA处于网络核心位置,推测这些mi RNAs在人参红皮病形成过程中发挥重要作用。（4）红皮病人参患病组织代谢模式研究利用非靶向代谢组学分析了人参患病组织相比于健康组织在代谢水平上的差异,发现在患病组织中多种代谢产物的代谢模式出现显著变化。有机酸、生物碱、醇类、脂质等差异代谢物与植物抗逆性密切相关,共同参与人参胁迫响应。同时,在患病组织中,茉莉酸甲酯、水杨酸、脱落酸3种激素的含量也显著上调,调节人参抗逆性相关的生理过程。将代谢组数据和转录组数据关联分析,发现苯丙烷生物合成途径在人参对红皮病的响应过程中极为重要。最后,结合差异表达基因、差异表达nc RNA和差异积累代谢物构建了人参对红皮病的响应机制。（5）患病人参表皮组织红皮原因研究与人参表皮组织呈红色有关的化合物主要为酚酸类和黄酮类化合物。红皮组织中肉桂酸、苯甲酸等5种酚酸,根皮苷、桔皮素等7种黄酮类化合物的积累,以及Al,Fe,Mg等元素的富集可能是患病组织呈红色的关键因素。推测红皮组织呈红色的原因:土壤环境的劣化引起人参根部发生胁迫响应,苯丙烷生物合成途径中多个关键酶基因上调表达,从而导致酚类化合物大量积累。这些化合物易与无机盐离子络合形成有色络合物。另外,部分黄酮类物质本身为黄色,尤其花色苷更是植物中主要的色素物质。同时,人参为抵御外界胁迫增加木质素积累,在表皮形成了包含有络合物和色素物质的木质素高聚物,最终导致了人参红皮现象。结合转录组数据,筛选到3个苯丙氨酸解氨酶基因（Pg＿S1239.2,Pg＿S0954.1和Pg＿S2256.14）,1个肉桂酸-4-羟化酶基因（Pg＿S1367.7）和1个4-香豆酸-辅酶A连接酶基因（Pg＿S4060.1）的上调表达可能与人参组织呈现为红色密切相关。