向日葵(Helianthus annuus L.)是一种重要的油料作物和观赏植物,也是一种潜在的能源植物。它是关系一些国家或地区经济发展的重要生物资源。然而近年来,向日葵产业的发展却受到黄萎病的严重威胁。因此,了解向日葵和黄萎病菌的互作机制,发掘与向日葵黄萎病抗性相关的重要基因及生物学通路,对向日葵抗病育种工程具有重要意义。然而,由于抗病材料和遗传信息的匮乏,使得针对向日葵抗黄萎病分子机制的研究进展缓慢。本文分析了向日葵抗病材料S18和易感病材料P77在黄萎病菌诱导下的主要生理生化指标响应规律,并利用RNA-Seq技术,对经黄萎病菌侵染不同时间的16个向日葵样品进行了转录组深度测序,并获得了向日葵响应黄萎病侵染的大量表达基因信息,并采用生物信息学分析方法,对向日葵与黄萎病病菌的互作机制进行了深入研究。通过对转录组数据的比较分析,获得大量差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs),通过对这些 DEGs 的 GO 信息注释获得和抗性相关的基因;通过KEGG富集分析和基因共表达网络研究揭示向日葵响应黄萎病菌侵染的分子机制。主要结果总结如下:1、为了研究向日葵抗黄萎病的生理生化响应机制,对S18和P77在黄萎病菌侵染在8个时间点(Oh、6h、12h、24h、2d、3d、5d、10d)的生理生化指标进行了测定,结果显示:S18在多个处理时间点上的可溶性蛋白(Soluble protein)含量、POD和SOD活性高于P77,并且S18在4个处理点上的MDA含量低于P77,说明在黄萎病侵染下,S18可通过多途径来防御病原菌侵入并保护自身细胞免受伤害。2、对16个向日葵RNA样本转录组测序并利用生物信息学方法对测序原始Reads处理后得到110571个Unigenes;利用BLAST等软件对所有Unigenes进行功能注释,52406个Unigenes被注释到了 GO功能库的55个GO条目下,46676个Unigenes被注释到128个KEGG代谢通路中,32215个Unigenes被注释25个COG直系同源基因数据库中。3、在RD,SD和D数据集中,通过对品种间共表达DEGS的GO信息分析,共获得1231个与抗病相关的DEGs;通过品种间特异DEGs的GO信息分析,在S18和P77中分别获得759和511个与抗病相关的DEGs。许多基因与多种抗性因子相关,如:过氧化物酶(POD)、谷胱甘肽过氧化物酶、水通道蛋白、几丁质等;进一步研究发现这些基因在植物和病原菌互作中起关键作用。4、通过KEGG分析,98个基因富集于植物信号转导通路中;112个基因富集于植物-病原菌互作通路中;52个基因富集于类黄酮生物代谢通路中。在这些植物抗病相关KEGG通路中的许多节点因子活性与植物抗病性呈正相关关系,例如:CNGC、RBOH、MYC2、NPR1和TGA,其编码基因在S18和P77中大多数均上调表达,它们的平均相对表达量在S18中较在P77中更高;还有一些节点因子活性与植物抗病性呈负相关关系,如:FLS2和JAZ;本研究中编码FLS2的基因在S18和P77中均下调表达,这些基因表达水平在S18中比在P77中更低;编码JAZ的基因在P77中均上调表达,S18中却2个编码JAZ的基因下调表达;研究还发现一些DEGs还参与了脱落酸(ABA)、乙烯(ET)、水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)等信号转导通路。