芝麻(Sesamum indicum)是重要的油料作物,其营养价值已经得到广泛的认可和应用。芝麻青枯病是影响我国南方芝麻产量及质量的重要病害,由青枯雷尔氏菌(Ralstoniasolanacearum)引起,属细菌病害。植物青枯病广泛分布于温带、热带和亚热带地区,致病菌株在世界范围内传播扩散,己成为第二大植物细菌病原。由于青枯病的土传特性,使得该病的防治非常困难,迄今为止尚无有效的防治方法。目前,芝麻中还未发现高抗青枯病的种质资源,开展芝麻-青枯雷尔氏菌互作机制的研究,阐明病菌致病以及植物感病的机理有助于探索新的抗病育种策略。本试验选取了芝麻受青枯菌诱导前后的三个不同时期,利用第二代高通量测序仪IlluminaHiSeq2500对其进行转录组测序,且每个时期做了两个生物学重复。共获得了 13.5Gb的数据,平均每个样本2.25Gb。生物学重复间的相关性均较好,这表明此次试验的测序数据是可重复及可靠的。原始数据质控后用TopHat2回贴到中国农业科学院油料作物研究所已经公布的芝麻基因组上,利用Cufflinks软件根据回贴情况进行表达定量和差异表达等分析。共得到了 4367个差异基因,各比较组中下调基因均多于上调基因,SO vs S1比S1vsS2中差异基因数目多一倍多,表明发病初期芝麻茎部差异表达的基因明显多于发病中期,初期转录组的变化更为显著,可能是青枯菌侵染芝麻使其致病的关键性时期。通过对差异表达基因的聚类分析将所有差异基因分成了6个聚类群,不同聚类群的基因数目不一。在聚类分析的基础上通过agriGO对聚类群分开进行了 GO富集分析,发现差异基因主要富集在碳水化合物代谢、催化结合、脂质代谢和初级代谢等方面。不同聚类群之间富集到的功能有交叉也有不同,具有相似表达模式的聚类群聚集到的功能也相似。Pathway富集分析结果显示,淀粉和蔗糖代谢和碳代谢在各个聚类群中均有相当数量的基因分布,C2和C5中聚集到的代谢途径主要有植物激素信号转导、植物病原菌的相互作用、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、过氧化物酶体和氨基酸生物合成。其中植物病原菌的相互作用在C1和C6中也有显著的富集,即包含上调表达基因又包含下调表达的基因。氨基糖和核苷酸糖代谢主要分布于C1和C4中,表明氨基糖和核苷酸糖代谢受青枯菌诱导后在芝麻茎部受到抑制。通过生物信息学手段,结合芝麻基因组注释信息,鉴定了 36个芝麻AQP家族基因,根据多序列比对及系统进化分析将其分为5个亚家族:13个质膜内在蛋白(PIP)、12个液胞膜内在蛋白(TIP)、8个类NOD26膜内在蛋白(NIP)、2个膜内在小分子碱性蛋白(SIP)和1个未知内在蛋白(XIP),其中有34个基因定位在12个连锁群上。同一亚家族成员在基因结构、蛋白序列、亚细胞定位预测及保守性氨基酸残基等方面都较为相似。病菌诱导表达分析显示,NIPs、SIPs和XIPs表达无明显变化,部分PIPs和TIPs能够响应青枯雷尔氏菌诱导。例如,SiPIP1;2、SiPIP1;3、SiPIP2;3和SiPIP2;4受青枯菌诱导后表达上调,SiPIP1;3和SiPIP2;3为持续上调,而SiPIP1;2和SiPIP2;4的表达先下调后上调;与之相反,表达下调较为显著的有SiPIP1;4、SiPIP2;1、SiPIP2;6、SiTIP1;1、SiTIP1;3、SiTIP2;1 及SiTIP2;2。上述差异表达基因的qRT-PCR验证结果与转录组测序结果一致。根据ar/R滤器和P1—P5氨基酸残基的组成类型,我们预测了不同亚家族AQPs可能识别的底物。青枯菌诱导表达分析表明,部分PIPs和TIPs成员的表达发生了显著变化,可能在芝麻与青枯菌互作过程中发挥重要的作用。