谷子在杂粮生产中占据重要地位,但是由于近几年来谷子白发病的大面积发生,对谷子产量和提升品质构成了严重威胁。谷子白发病菌属活体寄生菌,体外培养比较困难。目前对谷子白发病菌的培养,接种技术以及谷子与白发病菌互作机制等方面的研究较少。本研究采用卵孢子与高感品种晋谷21谷种拌种的方法,通过测定谷子植株形态指标和相关生理指标,摸索白发病菌最适侵染条件;通过利用孢子悬浮液在谷子不同生育期、不同部位接种,探索白发病最适接种方法。随后,采用RNA-Seq技术对接种苗期12 h、24 h、48 h的抗/感品种进行转录组分析,明确在抗感品种中差异表达基因,发掘抗病候选基因。研究结果可为谷子抗病机理解析提供理论基础,其主要研究结果如下:1.通过设置5个不同温度处理摸索卵孢子侵染高感品种晋谷21的最适侵染温度。通过测定植株形态指标,在-18℃、4℃、15℃、20℃、25℃下处理下的株高、叶长、叶宽、茎粗与对照组相比,都显著低于对照组;20℃处理下所测谷子的形态指标值、叶绿素含量和发病率均低于其他处理组。综上所述,在-18℃～25℃温度范围时,卵孢子都可以萌发侵染,但20℃是卵孢子萌发的适宜温度。2.为摸索白发病菌最适接菌方法,试验分别采用苗期浸根法和喷雾浸根法、孕穗前期心叶注射法、孕穗期穗部注射法分别接种不同抗感谷子品种。对喷雾浸根法分别接种苗期的抗病品种晋谷42和感病品种晋谷21第5 d,发现高感品种晋谷21植株变为黄褐色、干枯坏死,其发病率和死亡率均显著高于晋谷42;采用浸根法接种,在浸根时间为4 h时,幼苗的存活率最低,为3%;心叶注射法接种发现,高感品种晋谷21中叶片出现卷曲,组织松散,在抗病品种中无明显发病症状,在孕穗期穗部注射法接种,发现在晋谷21中出现“刺猬头”症状,在抗病品种中则未见明显发病症状。由此可见,苗期喷雾浸根法和孕穗期注射接种法均适合白发病菌接菌。3.采用喷雾浸根法分别接种抗感谷子品种12 h、24 h、48 h的幼苗进行转录组测序,通过对差异基因表达分析,GO富集和KEGG代谢途径分析,发现MAPK级联基因,WRKY转录因子、编码过氧化物酶、氧化还原酶、几丁质酶、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶及编码细胞色素P450的基因被显著诱导;苯丙烷类生物合成途径、谷胱甘肽代谢途径、苯丙氨酸代谢途径等相关基因在抗感品种不同接菌时期差异表达。推测以上在抗感品种中差异表达的基因和重要代谢途径很可能参与谷子对白发病的抗性调控。4.利用生物信息学方法对上述转录组中28个差异表达的WRKY转录因子的基本特征、结构域、共线性以及进化树等分析,获得其氨基酸的平均数目为349 aa,氨基酸的理论等电点在5.26～11.49之间;结构域分析发现,89.3%的转录因子都包含有1个WRKY结构域;将谷子的28个WRKY基因与水稻的15个抗病WRKY基因构建进化树分析,得出9对谷子与水稻的亲缘关系较近;谷子自身共线性分析发现Seita.3G208900基因与Seita.4G103800基因具有较强的共线性,推测其可能具有相似的功能。分析还发现28个狗尾草的WRKY基因中与谷子基因组之间存在共线性的有24个基因。本研究明确了白发病菌侵染的适宜温度条件,初步摸索出苗期喷雾浸根法和孕穗期注射接种法菌适合白发病菌接菌。通过转录组测序技术,明确了在抗感品种中差异表达基因,筛选出显著富集的抗病相关代谢途径及基因;对28个WRKY转录因子基因的生物信息学分析,研究结果进一步为谷子抗病基因的鉴定、克隆和功能验证提供理论基础。